今天為大家介紹一項國家發(fā)明授權(quán)專利——一種氣控先導(dǎo)磁自鎖雙穩(wěn)態(tài)發(fā)動機(jī)控制閥門結(jié)構(gòu)。該專利由西安航天動力研究所申請，并于2017年10月31日獲得授權(quán)公告。

內(nèi)容說明

本發(fā)明涉及一種氣控先導(dǎo)磁自鎖雙穩(wěn)態(tài)發(fā)動機(jī)控制閥門結(jié)構(gòu)，可在具有大推力、長程穩(wěn)態(tài)工作要求的液體火箭發(fā)動機(jī)中應(yīng)用，氣控先導(dǎo)結(jié)構(gòu)能夠有效降低產(chǎn)品的重量和流阻，雙穩(wěn)態(tài)設(shè)計能有效降低系統(tǒng)功耗。

發(fā)明背景

3000N發(fā)動機(jī)作為某探測器軌道器和上升器主發(fā)動機(jī)，為探測器完成飛行等任務(wù)提供推力。根據(jù)3000N發(fā)動機(jī)任務(wù)特點，其控制閥需要滿足壓降小、功耗低、質(zhì)量輕、單次工作時間不小于3000s，并能夠適應(yīng)空間環(huán)境等要求。

現(xiàn)有發(fā)動機(jī)控制電磁閥結(jié)構(gòu)重量重，流阻高，在穩(wěn)態(tài)工作時需持續(xù)供電，電源負(fù)荷較大，不符合低功耗設(shè)計要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：為克服現(xiàn)有發(fā)動機(jī)控制電磁閥結(jié)構(gòu)重量重，流阻高，在穩(wěn)態(tài)工作時需持續(xù)供電，電源負(fù)荷較大，不符合低功耗設(shè)計要求的不足。本發(fā)明提供一種氣控先導(dǎo)磁自鎖雙穩(wěn)態(tài)發(fā)動機(jī)控制閥門結(jié)構(gòu)，可以滿足大推力（推力大于3000N）液體軌控火箭發(fā)動機(jī)的工作，采用氣控先導(dǎo)結(jié)構(gòu)，打開狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)通過永磁鐵保持關(guān)閉的雙穩(wěn)態(tài)閥門結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)閥門的輕質(zhì)化和低功耗。

為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明給出以下技術(shù)方案：一種氣控先導(dǎo)磁自鎖雙穩(wěn)態(tài)發(fā)動機(jī)控制閥門結(jié)構(gòu)，其特殊之處在于：包括副閥、氣筒和主閥，所述副閥是兩位三通永磁自鎖閥，包括副閥體、導(dǎo)磁殼體、副閥座、副閥芯、線圈和永磁鐵；副閥芯和副閥座自上至下依次設(shè)置在副閥體內(nèi)；導(dǎo)磁殼體設(shè)置與副閥體外側(cè)，永磁鐵與線圈位于副閥體與導(dǎo)磁殼體之間；副閥芯的外壁上設(shè)有氣體通道，副閥體上端開設(shè)有氣體排放口，副閥座上設(shè)有氣體通孔，靠近副閥座和副閥芯的副閥體內(nèi)壁設(shè)有與所述氣體通道連通的第一環(huán)形槽；若副閥芯離開副閥座，氣體通孔與第一環(huán)形槽連通；若副閥芯與副閥座閉合，第一環(huán)形槽通過氣體通道與氣體排放口連通。

副閥芯在打開、關(guān)閉位置時靠永磁鐵產(chǎn)生的電磁力保持自鎖，當(dāng)線圈通入不同方向的脈沖電流時，可使副閥芯上下運(yùn)動。所述氣筒的側(cè)壁或底部設(shè)有一通孔，通孔為進(jìn)氣口，氣筒的筒口為出氣口，出氣口與所述氣體通孔連通；所述主閥包括主閥體和設(shè)置在主閥體內(nèi)的主閥桿；主閥桿上自右向左依次套接有活塞和主閥芯，主閥體的左端為推進(jìn)劑入口，活塞與主閥芯之間的主閥體上設(shè)有推進(jìn)劑出口，推進(jìn)劑出口右側(cè)的主閥體內(nèi)設(shè)有擋板；擋板右側(cè)為腔室，活塞位于腔室內(nèi)，活塞與腔室內(nèi)壁之間設(shè)置有密封圈，活塞與擋板之間的主閥桿上套接有彈簧，活塞能夠在腔室內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動。

所述第一環(huán)形槽與活塞右側(cè)的腔室連通。上述氣筒呈L狀，包括橫向段和豎向段，副閥體的下端嵌入所述豎向段，豎向段設(shè)有第二環(huán)形槽，第二環(huán)形槽與第一環(huán)形槽連通，豎向段左側(cè)的氣筒上設(shè)有第一通道，所述第二環(huán)形槽通過第一通道與活塞右側(cè)的腔室連通。

上述第二環(huán)形槽的位置低于第一環(huán)形槽的位置。上述氣體排放口上安裝有防塵蓋，防塵蓋為迷宮防塵蓋，具有迷宮式防塵結(jié)構(gòu)，避免閥門在月球任務(wù)中被月塵污染而導(dǎo)致卡澀等故障?；钊c腔室內(nèi)壁之間還設(shè)置有擋圈，增加了活塞與腔室內(nèi)壁之間的對中性，其中，擋圈與密封圈相鄰。

上述氣筒豎向段的左側(cè)固定有橫向設(shè)置的第一筒體，擋板右側(cè)的主閥體為第二筒體，第一筒體與第二筒體固定連接，第一筒體與第二筒體構(gòu)成所述腔室。上述第一筒體與第二筒體螺紋連接。上述第一筒體的左端外壁設(shè)有外螺紋，第二筒體右端內(nèi)壁設(shè)有與所述外螺紋匹配的內(nèi)螺紋。

上述第一筒體和第二筒體外壁還套接有螺母，螺母內(nèi)壁兩端分別設(shè)置有兩種旋向相反的內(nèi)螺紋，螺母均與第一筒體和第二筒體螺紋連接。本發(fā)明具有以下技術(shù)效果：本發(fā)明包括主閥和副閥，主閥部分用來控制推進(jìn)劑的供應(yīng)和切斷，副閥部分為主閥提供控制氣體的充填與排放。副閥是一種兩位三通永磁自鎖式電磁閥，打開、關(guān)閉動作時僅需給線圈短時通電，閥芯處于打開或關(guān)閉位置時利用永磁鐵實現(xiàn)自鎖，從而實現(xiàn)閥門的低功耗設(shè)計。

本發(fā)明采用了永磁自鎖兩位三通電磁閥作為氣動先導(dǎo)閥副閥的發(fā)動機(jī)控制閥結(jié)構(gòu)，通過采用雙穩(wěn)態(tài)設(shè)計，在電磁副閥短時通電產(chǎn)生相應(yīng)動作后，即可斷電保持在動作后穩(wěn)定狀態(tài)，無需持續(xù)通電保持打開，能有效降低功耗，在長程穩(wěn)態(tài)工作的大推力液體軌控火箭發(fā)動機(jī)中應(yīng)用節(jié)能優(yōu)勢明顯，較好地實現(xiàn)了低功耗設(shè)計目標(biāo)。

本發(fā)明除可應(yīng)用于液體火箭發(fā)動機(jī)外，在衛(wèi)星在軌執(zhí)行系統(tǒng)、地面試驗系統(tǒng)、自動化流體管路系統(tǒng)的相關(guān)閥門中均可推廣應(yīng)用，可有效減輕發(fā)動機(jī)重量和降低系統(tǒng)電源功耗。