本實用新型涉及航空航天技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種MEMS微型推進系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

微型飛行器的出現(xiàn)，需要有相對應(yīng)的微推進系統(tǒng)對其飛行姿態(tài)和飛行軌道進行有效的控制和調(diào)整?，F(xiàn)有的微型固體火箭發(fā)動機大多采用縱向分層加工的形式，使得噴管角度不可調(diào)節(jié)，而且對加工精度提出了很高的要求，另外多層硅鍵合技術(shù)的不成熟也對微型推進器的發(fā)展有很大的制約。因此，針對以上不足，需要提供一種微型固定火箭發(fā)動機。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

本實用新型的目的是解決現(xiàn)有微型固體火箭發(fā)動機的加工工藝繁瑣，加工精度高，難度大，加工過程噴管角度不可調(diào)節(jié)的問題。

(二)技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種MEMS微型推進系統(tǒng)，包括密封層和動力層，所述密封層蓋合設(shè)置于所述動力層的上表面，所述動力層的上表面設(shè)置有發(fā)動機凹槽，所述發(fā)動機凹槽包括依次連通的通氣槽、燃燒室、尾噴管和點火電路，所述點火電路通過電子束蒸鍍工藝設(shè)置在所述密封層表面，所述點火電路由兩層金屬鈦和金構(gòu)成，針對所述點火電路的點火方式為Au-Ti電路的點火方式。

在其中一個實施例中，還包括：引申平臺，用于防止所述燃燒室內(nèi)的燃料進入所述通氣槽中。

在其中一個實施例中，所述通氣槽、燃燒室與所述尾噴管均沿所述發(fā)動機凹槽的中心線設(shè)置，且所述通氣槽、燃燒室和微噴管一體成型。

在其中一個實施例中，所述尾噴管的噴口端與所述動力層的一側(cè)邊緣連通，所述通氣槽的進口端與所述動力層相對的另一側(cè)邊緣連通。

在其中一個實施例中，對所述動力層表面執(zhí)行電鍍氧化膜操作，且所述密封層與所述動力層通過鍵合連接，其中，所述密封層為玻璃層，所述動力層為硅片層。

在其中一個實施例中，所述尾噴管沿燃料的噴射方向依次設(shè)有收縮段、喉管段和擴張段，所述喉管段用于過渡連接收縮端和所述擴張段。

在其中一個實施例中，將所述動力層上發(fā)動機的所有推力單元執(zhí)行寬度相同推進器組合單元的組合方式，排布時所有組合的橫邊與縱邊相互對齊。

在其中一個實施例中，所述燃燒室呈正方形。

(三)有益效果

本實用新型的上述技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點：本實用新型提供了一種MEMS微型推進系統(tǒng)，包括密封層和動力層，密封層蓋合設(shè)置于動力層的上表面，動力層的上表面設(shè)置有發(fā)動機凹槽，發(fā)動機凹槽包括依次連通的通氣槽、燃燒室、尾噴管和點火電路，點火電路通過電子束蒸鍍工藝設(shè)置在密封層表面，點火電路由兩層金屬鈦和金構(gòu)成，針對點火電路的點火方式為Au-Ti電路的點火方式。上述微型固體火箭發(fā)動機的設(shè)計改變了點火方式，采用Au-Ti金屬薄膜點火電阻進行點火，提高了點火成功率，同時對結(jié)構(gòu)表面進行了SiO2絕緣處理，改善了結(jié)構(gòu)的絕緣性能。此外，采用橫向分層結(jié)構(gòu)，可精確調(diào)節(jié)尾噴管的擴張角度，簡化了結(jié)構(gòu)和加工流程，且完善了結(jié)構(gòu)細節(jié)，改善了推進器性能，采用了全新的刻蝕硅片的推進器排布方式，提高了推進器的加工效率。

除了上面所描述的本實用新型解決的技術(shù)問題、構(gòu)成的技術(shù)方案的技術(shù)特征以及有這些技術(shù)方案的技術(shù)特征所帶來的優(yōu)點之外，本實用新型的其他技術(shù)特征及這些技術(shù)特征帶來的優(yōu)點，將結(jié)合附圖作出進一步說明。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中微型固體火箭發(fā)動機的立體圖；

圖2是本實用新型實施例的MEMS微型推進系統(tǒng)平面圖；

圖3是本實用新型實施例的MEMS微型推進系統(tǒng)硅片上的結(jié)構(gòu)圖；

圖4是本實用新型實施例的MEMS微型推進系統(tǒng)BF33上的點火電路結(jié)構(gòu)圖；

圖5是本實用新型實施例的MEMS微型推進系統(tǒng)BF33與硅片之間通過陽極鍵合的方式鍵合之后的結(jié)構(gòu)圖；

圖6是本實用新型實施例的MEMS微型推進系統(tǒng)硅片上發(fā)動機結(jié)構(gòu)單元的排布的示意圖；

圖7是本實用新型實施例的MEMS微型推進系統(tǒng)BF33上結(jié)構(gòu)單元的排布的示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的范圍。

在本實用新型的描述中，需要說明的是，術(shù)語“上”、“下”、“內(nèi)”、“外”、“頂”、“底”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。

在本實用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“設(shè)有”、“置于”、“相連”、“連接”、“安裝”等應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本實用新型中的具體含義。

如圖2所示，為本實用新型提供的一種MEMS微型推進系統(tǒng)，包括密封層和動力層，密封層蓋合設(shè)置于動力層的上表面，動力層的上表面設(shè)置有發(fā)動機凹槽，發(fā)動機凹槽包括依次連通的通氣槽、燃燒室、尾噴管和點火電路，點火電路通過電子束蒸鍍工藝設(shè)置在密封層表面，點火電路由兩層金屬鈦和金構(gòu)成，針對點火電路的點火方式為Au-Ti電路的點火方式。其中，尾噴管包括尾噴管擴張段和尾噴管收縮段組成，且該MEMS微型推進系統(tǒng)還包括隔熱槽。

本實施例中，發(fā)動機整體結(jié)構(gòu)包括燃燒室，尾噴管和點火電路三個主要部分，再次包括通氣槽等附屬結(jié)構(gòu)。

需要說明的是，發(fā)動機呈硅-玻璃雙層薄板結(jié)構(gòu)，燃燒室、拉瓦爾噴管及其他部分結(jié)構(gòu)橫向布置在硅片上，其中，硅片上的具體結(jié)構(gòu)如圖3所示，通過干法刻蝕工藝進行加工，具體的，硅片的加工工藝包括刻蝕、氧化膜沉積兩個主要步驟，首先通過硅深刻蝕工藝刻蝕出燃燒室等結(jié)構(gòu)，再利用PECVD工藝在硅片表面沉積一層SiO2薄膜，使硅片與點火電路之間相互絕緣。其中，刻蝕深度500um，點火電路通過電子束蒸鍍工藝制備在BF33玻璃上。

此外，BF33上的點火電路結(jié)構(gòu)如圖4所示。具體的，整個點火電路由兩層金屬鈦和金構(gòu)成。鈦位于整個圖案的底層。另外在導(dǎo)電電極的部位覆蓋一層金屬金。這樣，發(fā)熱電阻僅含有金屬鈦，而導(dǎo)電電極部分則由一層鈦和一層金構(gòu)成。點火電路通過電子束蒸鍍的工藝布置在BF33玻璃表面。先蒸鍍金屬鈦，之后蒸鍍金屬金，完成點火電路的加工。

進一步地，BF33與硅片之間通過陽極鍵合的方式結(jié)合在一起，鍵合之后的結(jié)構(gòu)如圖5所示。具體的，利用Au-Ti點火電路進行點火，簡化了推進器結(jié)構(gòu)，提高了點火成功率。同時，加上了遮擋圓柱和通氣槽一端的引申平臺，防止了燃料進入通氣槽中。增加了電極槽的結(jié)構(gòu)，便于電路與外部電源相連；從表面處理上來看，硅結(jié)構(gòu)表面進行了氧化膜保護，提高了硅片與電路之間的絕緣性，保證了點火成功率；從推進器排布方式上來看，加工時，將所有系列的發(fā)動機布置在4inch單晶硅片與4inchBF33玻璃上，實現(xiàn)發(fā)動機的批量化加工，發(fā)動機布置形式如圖6所示。具體的，其中，BF33上結(jié)構(gòu)單元的排布如圖7所示，即將所有推力單元進行了合理的組合，形成了寬度的相同推進器組合單元，排布時所有組合的橫邊與縱邊相互對齊，大大簡化了切片的工藝流程，提高了加工效率。

此外，需要具體說明的是，燃燒室是燃料的儲存和燃燒場所，利用推進劑燃燒時所釋放的化學(xué)能作為能量來源。燃燒后的高溫燃氣在拉瓦爾噴管中加速，將熱能轉(zhuǎn)化為動能，高速向外噴出，從而產(chǎn)生推力。其中，結(jié)構(gòu)尺寸主要涉及外部尺寸，燃燒室尺寸，噴管寬度和噴管角度四個尺寸。燃燒室尺寸包括1mm，2mm，3mm三個尺寸系列。噴管寬度與燃燒室寬度的比值在0.25到0.35之間取了三個系列為0.25，0.30，0.35；噴管角度在25度到50度之間取了三個系列為25度、40度、50度。以上三個因素，相互正交，形成27個尺寸系列。

同樣，對于同一個尺寸大小的發(fā)動機，發(fā)熱電阻與導(dǎo)電電極各有兩個尺寸系列。發(fā)熱電阻的尺寸主要由電阻寬度、相鄰電阻的間隙影響，對于小尺寸發(fā)動機，電阻寬度有60um和50um兩個系列，間隙有30um和20um兩個系列，兩組尺寸各自配合，形成兩組發(fā)熱電阻的結(jié)構(gòu)，按照等比例放大2倍與3倍便是中尺寸與大尺寸發(fā)動機的發(fā)熱電阻結(jié)構(gòu)。導(dǎo)電電極則主要由電極的長度影響，對于小尺寸發(fā)動機，其長度有1950um與1600um連個系列，按照等比例放大2倍與3倍便是中尺寸與大尺寸發(fā)動機的電機結(jié)構(gòu)。以上兩組尺寸相互正交，得到4組電路尺寸。這樣，對于同一種尺寸的發(fā)動機，都要4種電路結(jié)構(gòu)與之相互配合。

進一步地，由于燃料從尾噴管處進入燃燒室，因此需要通氣槽用來平衡燃燒室與外界的壓力，使得燃料可以順利地裝填進入燃燒室中。在通氣槽與燃燒室聯(lián)通的一端有兩個引申平臺，同時入口處有一個遮擋圓柱，用來防止燃料進入通氣槽中。更進一步地，如圖3所示的電極槽的作用是插入導(dǎo)電引線使之與BF33上的Au-Ti電路相連接，從而使點火電路通電放熱。

綜上所述，本實用新型提供了一種微型固體火箭發(fā)動機，包括密封層和動力層，密封層蓋合設(shè)置于動力層的上表面，動力層的上表面設(shè)置有發(fā)動機凹槽，發(fā)動機凹槽包括依次連通的通氣槽、燃燒室、尾噴管和點火電路，點火電路通過電子束蒸鍍工藝設(shè)置在密封層表面，點火電路由兩層金屬鈦和金構(gòu)成，針對點火電路的點火方式為Au-Ti電路的點火方式。上述微型固體火箭發(fā)動機的設(shè)計改變了點火方式，采用Au-Ti金屬薄膜點火電阻進行點火，提高了點火成功率，同時對結(jié)構(gòu)表面進行了SiO2絕緣處理，改善了結(jié)構(gòu)的隔熱性能，提高了點火成功率。此外，采用橫向分層結(jié)構(gòu)，可精確調(diào)節(jié)尾噴管的擴張角度，簡化了結(jié)構(gòu)和加工流程，且完善了結(jié)構(gòu)細節(jié)，改善了推進器性能，調(diào)整了刻蝕硅片的推進器排布方式，提高了推進器的加工效率。

以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和變型也應(yīng)視為本實用新型的保護范圍。