一种应用于单组元推力器的毛细管

摘要

本发明涉及一种应用于单组元推力器的毛细管，属于单组元推力器技术领域，所述毛细管外径为0.2mm～0.7mm，壁厚为0.05mm～0.3mm。该毛细管包括左直管段、第一圆弧段、第二圆弧段、左过渡直管段、第三圆弧段、右过渡直管段、第四圆弧段、第五圆弧段和右直管段。采用本发明的毛细管，能够通过选择弯曲之前毛细管总长度精确控制单组元推力器的流阻，从而精确控制单组元推力器的推力；采用本发明，弯曲后毛细管的结构应力小，能够适应温差变化较大的环境；采用本发明毛细管，增大了毛细管的热阻，降低了单组元推力器点火时热端部件往上游的导热量，提高了单组元推力器的工作安全性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于单组元推力器的毛细管，尤其涉及一种应用于单 组元推力器的360°超细毛细管，属于单组元推力器技术领域，所述毛细管 外径为0.2mm～0.7mm，壁厚为0.05mm～0.3mm。

背景技术

单组元推力器是当今航天器姿轨控主要的动力单元之一，应用范围十分 广泛。随着航天器控制精度要求的提升和自身微小型化的发展趋势，要求单 组元推力器实现微小型化，推力量级甚至低于200mN。单组元推力器通常 采用毛细管作为流量输送和压降控制的元件，毛细管在推力器中的作用是作 为流量的流通通道，从上游向燃烧室输送推进剂，同时兼做流量输送通道和 压降控制部件，通常安装在内径尺寸较小的框架内(轴向安装空间通常只有 20mm)。

当单组元推力器推力量级为200mN时，如果采用现有的毛细管，存在 如下缺点：

(1)毛细管内径很小，加工制造误差很大，难以满足精确控制要求；

(2)由于毛细管长度与框架尺寸偏差很大，难以匹配。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种应用于单元 推力器的超细毛细管及其成型方法。

本发明的技术解决方案是：

一种应用于单组元推力器的毛细管，该毛细管由一根直管弯曲而成，该 毛细管包括左直管段、第一圆弧段、第二圆弧段、左过渡直管段、第三圆弧 段、右过渡直管段、第四圆弧段、第五圆弧段和右直管段；

左直管段、第一圆弧段、第二圆弧段、左过渡直管段、第三圆弧段、右 过渡直管段、第四圆弧段、第五圆弧段和右直管段依次顺序连接并平滑过渡；

以左直管段和右直线段间隔的中点为坐标原点，定义左直管段所在方向 为x轴，正方向向右；y轴正方向向上；z轴根据左手定则确定；

左直管段位于-x轴线上；第一圆弧段位于(-x+y)面上；第二圆弧段位 于(-x+z)面上；左过渡直管段与y平行，且位于(+y+z)面上；第三圆 弧段一端位于(+y+z)面上，另一端位于(+y-z)面上；右过渡直管段与y 平行，且位于(+y-z)面上；第四圆弧段位于(-x-z)面上；第五圆弧段位 于(+x+y)面上；右直管段位于+x轴线上。

所述的毛细管外径尺寸为0.2mm～0.7mm，壁厚为0.05mm～0.3mm。

所述的左直管段与第一圆弧段相切，第一圆弧段与第二圆弧段相切，第 二圆弧段与左过渡直管段相切，左过渡直管段与第三圆弧段相切，第三圆弧 段与右过渡直管段相切，右过渡直管段与第四圆弧段相切，第四圆弧段与第 五圆弧段相切，第五圆弧段与右直管段相切。

左直管段和右直管段共线，且与左过渡直管段、第三圆弧段、右过渡直 管段垂直，左直管段和右直管段长度均为a。

第一圆弧段、第二圆弧段、第四圆弧段和第五圆弧段均为1/4圆弧，其 半径均为r。

左过渡直管段和右过渡直管段长度均为r。

第三圆弧段半径为2r，为半圆弧。

毛细管弯曲之前总长为S＝2a+(4π+2)r，弯曲之后毛细管长度 L＝2a+2r，S根据流阻要求和毛细管内径确定，L根据单组元推力器框架尺 寸确定，根据S和L，求解得到毛细管形状尺寸，

$a=\frac{(2\pi +1)L-S}{4\pi }$

$r=\frac{S-L}{4\pi }.$

本发明与现有技术相比的有益效果为：

(1)采用本发明的毛细管，可以在满足框架尺寸要求的同时，尽可能增 大毛细管的内径尺寸，降低加工难度与制造误差；

(2)采用本发明的毛细管，能够通过选择弯曲之前毛细管总长度精确控 制单组元推力器的流阻，从而精确控制单组元推力器的推力；

(3)采用本发明，弯曲后毛细管的长度能够进行微调，能够适应框架尺 寸的偏差，满足毛细管长度与框架尺寸的匹配性能；

(4)采用本发明，弯曲后毛细管的结构应力小，能够适应温差变化较大 的环境；

(5)采用本发明毛细管，增大了毛细管的热阻，降低了单组元推力器点 火时热端部件往上游的导热量，提高了单组元推力器的工作安全性。

附图说明

图1为360°超细毛细管立体结构示意图；

图2为360°超细毛细管结构示意图。

具体实施方式

一种应用于单组元推力器的毛细管，该毛细管由一根直管弯曲360°而 成，包括左直管段1、第一圆弧段2、第二圆弧段3、左过渡直管段4、第 三圆弧段5、右过渡直管段6、第四圆弧段7、第五圆弧段8和右直管段9；

左直管段1、第一圆弧段2、第二圆弧段3、左过渡直管段4、第三圆 弧段5、右过渡直管段6、第四圆弧段7、第五圆弧段8和右直管段9依次 顺序连接并平滑过渡，且管径与壁厚完全一致；

该毛细管外径尺寸为0.2mm～0.7mm，壁厚为0.05mm～0.3mm；

毛细管弯曲之前总长为S＝2a+(4π+2)r，弯曲之后毛细管长度 L＝2a+2r，根据流阻要求和毛细管内径确定S尺寸，根据单组元推力器框架 尺寸确定L尺寸；

根据S和L尺寸，求解得到毛细管形状尺寸a和r，

$a=\frac{(2\pi +1)L-S}{4\pi },r=\frac{S-L}{4\pi };$

左直管段1和右直管段9共线，且与左过渡直管段4、第三圆弧段5、 右过渡直管段6垂直，左直管段1和右直管段9长度均为a；

左直管段1与第一圆弧段2相切，第一圆弧段2与第二圆弧段3相切， 第二圆弧段3与左过渡直管段4相切，左过渡直管段4与第三圆弧段5相 切，第三圆弧段5与右过渡直管段6相切，右过渡直管段6与第四圆弧段7 相切，第四圆弧段7与第五圆弧段8相切，第五圆弧段8与右直管段9相 切；

第一圆弧段2、第二圆弧段3、第四圆弧段7和第五圆弧段8半径均为 r，均为1/4圆弧；

左过渡直管段4和右过渡直管段6长度均为r；

第三圆弧段5半径为2r，为半圆弧；

以左直管段1和右直线段9间隔的中点为坐标原点，定义左直管段1 所在方向为x轴，正方向向右；y轴正方向向上；z轴根据左手定则确定；

左直管段1位于-x轴线上；第一圆弧段2位于(-x+y)面上；第二圆 弧段3位于(-x+z)面上；左过渡直管段4与y平行，且位于(+y+z)面 上；第三圆弧段5一端位于(+y+z)面上，另一端位于(+y-z)面上；右 过渡直管段6与y平行，且位于(+y-z)面上；第四圆弧段7位于(-x-z) 面上；第五圆弧段8位于(+x+y)面上；右直管段9位于+x轴线上。

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。

实施例

根据流阻要求和单组元推力器框架尺寸，确定S＝45.12mm，L＝20mm； 根据S和L尺寸，求解得到毛细管形状尺寸a＝8mm和r＝2mm。

如图1所示，一种应用于单组元推力器的超细毛细管，该毛细管由一根 直管(总长45.12mm)弯曲而成包括左直管段1、第一圆弧段2、第二圆 弧段3、左过渡直管段4、第三圆弧段5、右过渡直管段6、第四圆弧段7、 第五圆弧段8和右直管段9；

如图1所示，左直管段1、第一圆弧段2、第二圆弧段3、左过渡直管段 4、第三圆弧段5、右过渡直管段6、第四圆弧段7、第五圆弧段8和右直 管段9依次顺序连接并平滑过渡，且管径与壁厚完全一致；

如图1所示，该毛细管外径尺寸为0.14mm，壁厚为0.23mm；

如图2所示，左直管段1和右直管段9共线，且与左过渡直管段4、第 三圆弧段5、右过渡直管段6垂直，左直管段1和右直管段9长度均为8mm；

如图2所示，左直管段1与第一圆弧段2相切，第一圆弧段2与第二圆 弧段3相切，第二圆弧段3与左过渡直管段4相切，左过渡直管段4与第 三圆弧段5相切，第三圆弧段5与右过渡直管段6相切，右过渡直管段6 与第四圆弧段7相切，第四圆弧段7与第五圆弧段8相切，第五圆弧段8 与右直管段9相切；

如图2所示，第一圆弧段2、第二圆弧段3、第四圆弧段7和第五圆弧 段8半径均为2mm，均为1/4圆弧；

如图2所示，左过渡直管段4和右过渡直管段6长度均为2mm；

如图2所示，第三圆弧段5半径为4mm，为半圆弧；

如图1所示，以左直管段1和右直线段9间隔的中点为坐标原点，定义 左直管段1所在方向为x轴，正方向向右；y轴正方向向上；z轴根据左手 定则确定；

如图1所示，左直管段1位于-x轴线上；第一圆弧段2位于(-x+y) 面上；第二圆弧段3位于(-x+z)面上；左过渡直管段4与y平行，且位于 (+y+z)面上；第三圆弧段5一端位于(+y+z)面上，另一端位于(+y-z) 面上；右过渡直管段6与y平行，且位于(+y-z)面上；第四圆弧段7位 于(-x-z)面上；第五圆弧段8位于(+x+y)面上；右直管段9位于+x轴 线上。