一種冷氣微推進器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種冷氣微推進器，包括支撐層及貼合在所述支撐層表面的加熱層，所述加熱層朝向所述支撐層的一面具有一溝槽，所述溝槽與所述支撐層的表面形成一加熱腔，以對進入所述加熱腔中的氣體進行加熱，在所述加熱層背向所述支撐層的表面上與所述加熱腔對應位置設置有加熱源，用于為所述加熱腔加熱，所述加熱層還包括設置在所述加熱腔兩側(cè)且貫穿所述加熱層的開口，以形成隔離帶，所述隔離帶用于隔絕所述加熱腔與所述加熱層之間的熱傳導。本發(fā)明的優(yōu)點在于，其加工工藝可實現(xiàn)性強，制作成本低，可靠性高，安裝方便可靠和可實時檢測加熱溫度。
【專利說明】一種冷氣微推進器

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及推進器領域，尤其涉及一種用于微納衛(wèi)星的基于MEMS技術的冷氣微推進器。

【背景技術】
[0002]推進系統(tǒng)是大多數(shù)航天器的關鍵子系統(tǒng)，主要用于航天器的軌道機動、姿態(tài)控制等。然而，近二十年來，在國際研制的微納衛(wèi)星(質(zhì)量20kg左右)中幾乎都不配備推進系統(tǒng)，或者只有極其有限的機動能力，這主要是因為傳統(tǒng)的推進器體積和質(zhì)量都很大，不適合微納衛(wèi)星的使用。然而，隨著微納衛(wèi)星技術的發(fā)展及其應用領域的擴大，對微推進系統(tǒng)提出了越來越迫切的需求。微納衛(wèi)星的編隊飛行，微納衛(wèi)星星座可以完成許多復雜昂貴的單個大衛(wèi)星所無法完成的工作。如組成分布式星載載波雷達、衛(wèi)星三維立體成像、高分辨率合成孔徑對地遙感等等。要完成上述任務，就必然對衛(wèi)星相對軌道位置的保持、高精度的姿態(tài)控制提出較高的要求，通常需要推進器脈沖沖量范圍為10-9NiTl0-3NS量級。
[0003]針對適用于微納衛(wèi)星的微推進器，目前國際上研究的種類主要有膠體微推進器，MEMS固體陣列微推進器，脈沖等離子微推進器，場致發(fā)射電推進器和冷氣推進器，就性能和加工復雜度而言，場致發(fā)射電推進器和冷氣推進器性能較高，加工難度低，但電推進器的電源系統(tǒng)復雜，并且有電荷羽流污染，相比之下，冷氣推進器具有結(jié)構(gòu)簡單，安全和可靠性高等優(yōu)點。不會對航天器產(chǎn)生電荷污染，而且功耗也比電推進器低。而基于MEMS (微機電系統(tǒng))技術的冷氣微推進器成本低、體積小、質(zhì)量輕、集成度高，再加上推力分辨率高(小于10uN)，可實現(xiàn)對衛(wèi)星姿態(tài)的高精度控制，對其合理的使用還可以減少控制系統(tǒng)執(zhí)行部件的數(shù)量，提高微納衛(wèi)星的集成度。
[0004]基于MEMS技術的冷氣微推進器，正在被國際上許多公司和科研院校進行研發(fā)。但目前研發(fā)的基于MEMS技術的冷氣微推進器無法同時做到加工容易，成本低，可靠性高的要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術問題是，提供一種冷氣微推進器，其加工工藝可實現(xiàn)性強，制作成本低，可靠性高，安裝方便可靠和可實時檢測加熱溫度。
[0006]為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種冷氣微推進器，包括支撐層及貼合在所述支撐層表面的加熱層，所述加熱層朝向所述支撐層的一面具有一溝槽，所述溝槽與所述支撐層的表面形成一加熱腔，以對進入所述加熱腔中的氣體進行加熱，在所述加熱層背向所述支撐層的表面上與所述加熱腔對應位置設置有加熱源，用于為所述加熱腔加熱，所述加熱層還包括設置在所述加熱腔兩側(cè)且貫穿所述加熱層的開口，以形成隔離帶，所述隔離帶用于隔絕所述加熱腔與所述加熱層之間的熱傳導。
[0007]進一步，還包括分別設置在所述加熱腔兩端的進氣口及噴嘴，用以提供氣體進出加熱腔的路徑。
[0008]進一步，所述進氣口貫穿所述加熱層，以允許氣體進入所述加熱腔。
[0009]進一步,還包括一進氣機械接口，所述進氣機械接口包括一本體及貫穿所述本體的通孔，所述本體通過一密封圈設置在所述加熱層背向所述支撐層的表面上，且所述通孔與所述進氣口對應，以將外部氣體導入所述進氣口中，所述密封圈用于防止氣體泄漏。
[0010]進一步，所述噴嘴采用收縮-擴張的構(gòu)型，用于提供推力。
[0011]進一步，還包括設置在所述隔離帶同一側(cè)和/或兩側(cè)的與所述加熱源電連接的至少兩個加熱源焊盤，所述加熱源焊盤用于與外部構(gòu)件連接，以為所述加熱源供電。
[0012]進一步，包括四個加熱源焊盤，所述四個加熱源焊盤可用于測量加熱源的電阻，以得到加熱源的實時溫度，進而實時監(jiān)測加熱源的溫度。
[0013]進一步，所述冷氣微推進器可與一印刷電路板連接，所述印刷電路板上的焊盤通過導線與所述加熱源焊盤連接，以保護所述加熱源焊盤免受損壞。
[0014]進一步，所述加熱源與所述加熱層間設置有絕緣層，以使所述加熱源與所述加熱層絕緣。
[0015]進一步，還包括貫穿所述支撐層及加熱層的固定孔，用于將所述冷氣位推進器固定在外部構(gòu)件上。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
(1)制作工藝容易實現(xiàn)，制作成本低。本發(fā)明冷氣微推進器在加熱腔上表面設置熱源，可利用濺射工藝，制作工藝更容易實現(xiàn)，而且通過在加熱腔兩側(cè)設隔離帶，防止熱損失，提高加熱效率。
[0017](2)可靠性高，可實時檢測加熱溫度的有益效果。本發(fā)明支撐層與加熱層連接面積大，連接強度高，氣密性好，易于進行后續(xù)工程化中的振動測試。且通過在加熱腔兩側(cè)設隔離帶，防止熱損失，提高加熱效率，可以達到既不損失加熱腔的加熱效率，又可以提高其連接質(zhì)量的目的。且加熱層面積增大，可設計面積較大的加熱源焊盤，使得后續(xù)引線牢固。同時，在進氣口機械結(jié)構(gòu)的設計上，現(xiàn)有技術中將進氣口加工在支撐層與加熱層連接面的側(cè)面，導致進氣口很小，只能采用針式的進氣管插入到該進氣口，然后用膠將四周封堵，防止氣體泄漏。膠體封裝會導致可靠性大幅度降低。而本發(fā)明將進氣口開在了支撐層與加熱層連接面正面，這樣方便用壓緊密封圈的方式進行密封，該設計針對后續(xù)工程化中的振動測試，可靠性高。
[0018](3)安裝方便可靠。在設計了貫穿支撐層和加熱層的固定孔用于進行后續(xù)的安裝固定，并將芯片直接安裝在了控制電路印刷電路板上，增加了后續(xù)推進系統(tǒng)的集成度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明冷氣微推進器的一個角度的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明冷氣微推進器的另一個角度的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是圖1中A-A向首I]視不意圖；
圖4是本發(fā)明冷氣微推進器的加熱層的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5是本發(fā)明冷氣微推進器設置在印刷電路板上的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6是圖5不意圖的爆炸不意圖；
圖7是圖5中B-B向截面不意圖。

【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的一種冷氣微推進器的【具體實施方式】做詳細說明。
[0021]圖1是本發(fā)明冷氣微推進器的一個角度的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本發(fā)明冷氣微推進器的另一個角度的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是圖1中A-A向剖視圖。參見圖1、圖2及圖3，本發(fā)明提供的冷氣微推進器包括支撐層10及貼合在所述支撐層10表面的加熱層20。所述支撐層10與所述加熱層20可采用鍵合的方式連接。所述支撐層10的材料可以為硅或者玻璃，所述加熱層20的材料可以為娃。在本【具體實施方式】中，所述冷氣微推進器由玻娃鍵合而成，所述玻璃采用鍵合專用的派熱克斯玻璃(Pyrex玻璃)，可承受800攝氏度的高溫，足夠承受所述加熱源40的加熱溫度。
[0022]圖4是本發(fā)明冷氣微推進器的加熱層20的結(jié)構(gòu)示意圖。參見圖3及圖4，所述加熱層20朝向所述支撐層10的一面具有一溝槽201，所述溝槽201與所述支撐層10的表面形成一加熱腔30，以對進入所述加熱腔30中的氣體進行加熱。
[0023]參見圖1及圖3，在所述加熱層20背向所述支撐層10的表面上與所述加熱腔30對應位置設置有加熱源40，用于為所述加熱腔30加熱。所述加熱源40可以為金屬材料制成，例如，鋁、金。所述加熱源40可采用濺射的方法形成在所述加熱腔30的對應位置，用于為所述加熱腔30加熱。
[0024]所述加熱層20還包括設置在所述加熱腔30兩側(cè)且貫穿所述加熱層20的開口，以形成隔離帶204，所述隔離帶204用于隔絕所述加熱腔30與所述加熱層20之間的熱傳導，提高加熱腔30的加熱效率。
[0025]所述冷氣微推進器為所述支撐層10及加熱層20提供了較大的鍵合面積，使得所述支撐層10及加熱層20鍵合強度高，氣密性好，易進行后續(xù)工程化中的振動測試。且采用隔離帶204結(jié)構(gòu)，可以既不損失加熱腔30的加熱效率，又可以提高所述支撐層10及加熱層20的鍵合質(zhì)量。
[0026]所述冷氣微推進器還包括分別設置在所述加熱腔30兩端的進氣口 202及噴嘴203，用以提供氣體進出加熱腔30的路徑。
[0027]所述進氣口 202貫穿所述加熱層20，以允許氣體進入所述加熱腔30?，F(xiàn)有技術中，一般將所述進氣口設置在支撐層10與加熱層20連接的側(cè)面，導致進氣口很小，只能采用針式的進氣管插入到所述進氣口，然后用膠將四周封堵，防止氣體泄漏。膠體封裝會導致可靠性大幅度降低。本發(fā)明所述冷氣微推進器將進氣口 202設置在支撐層10與加熱層20連接的正面，這樣方便用壓緊密封圈的方式進行密封，該設計針對后續(xù)工程化中的振動測試，可靠性高。
[0028]所述噴嘴203采用收縮-擴張的構(gòu)型，用于提供推力，將通過加熱腔30加熱的氣體噴出。所述收縮-擴張的尺寸本發(fā)明不進行限定。
[0029]參見圖1，所述冷氣微推進器還包括設置在所述隔離帶204同一側(cè)和/或兩側(cè)的與所述加熱源40電連接的至少兩個加熱源焊盤50，所述加熱源焊盤50用于與外部構(gòu)件，例如PCB板連接，以為所述加熱源40供電。在本【具體實施方式】中，包括四個加熱源焊盤50，其中一個加熱源焊盤50接正電壓，一個加熱源焊盤50接地，另外兩個加熱源焊盤50接電流表(附圖中未標示)。等于一個加熱源40引出了 4個端，用于進行四線法或電橋法測電阻，再用電阻和加熱源40的溫度系數(shù)的乘積得出加熱源40的實時溫度，相當于一個溫度傳感器，用于實時監(jiān)測加熱源40的溫度。進一步，所述加熱源40及加熱源焊盤50與所述加熱層20間設置有絕緣層(附圖中未標示)，以使所述加熱源40及加熱源焊盤50與所述加熱層20絕緣。
[0030]進一步，所述冷氣微推進器還包括貫穿所述支撐層10及加熱層20的固定孔70，用于將所述冷氣位推進器固定在外部構(gòu)件上，例如印刷電路板上。例如，可采用螺栓結(jié)構(gòu)穿過所述固定孔70，將所述冷氣微推進器固定在印刷電路板上。在本【具體實施方式】中，設置有六個固定孔70。
[0031]圖5是本發(fā)明冷氣微推進器設置在印刷電路板上的結(jié)構(gòu)示意圖，圖6是圖5示意圖的爆炸示意圖，圖7是圖5中B-B向截面示意圖。參見圖5、圖6及圖7，所述印刷電路板80用于支撐和安裝所述冷氣微推進器，便于所述冷氣微推進器和后續(xù)的控制芯片集成到一張印刷電路板上，提高集成度。所述冷氣微推進器包括一進氣機械接口 60。所述進氣機械接口 60包括一本體61及貫穿所述本體61的通孔62。所述本體61通過一密封圈63設置在所述加熱層30背向所述支撐層10的表面上，且所述通孔62與所述進氣口 202對應，以將外部氣體導入所述進氣口 202中，所述密封圈63用于防止氣體泄漏。所述通孔62設置有內(nèi)螺紋，用于和后續(xù)的快接插頭(附圖中未標示)連接。
[0032]在進氣機械接口 60的本體61上設置有通孔64，所述通孔64與貫穿所述支撐層10及加熱層20的固定孔70相通，可采用螺栓結(jié)構(gòu)穿過所述通孔64及固定孔70，將所述冷氣微推進器固定在印刷電路板80上，且通過上下螺栓緊固力來加緊密封圈63，防止氣體泄漏。
[0033]進一步，所述印刷電路板80上的焊盤81通過導線與所述加熱源焊盤50連接，從而加熱源焊盤50可通過印刷電路板80的焊盤81與外部電接觸，起到間接保護加熱源焊盤50的目的，以使所述加熱源焊盤50免受損壞。
[0034]所述冷氣微推進器可采用丁烷，氮氣等推進劑設計，氣體經(jīng)由貯氣罐、電磁閥和流量控制閥進入所述冷氣微推進器的進氣口 202之前，需先將加熱腔30加熱到一定溫度，加熱之后氣體再經(jīng)過加熱腔30加熱，由收縮-擴張構(gòu)型的噴嘴203噴出，產(chǎn)生推力。
[0035]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種冷氣微推進器，其特征在于，包括支撐層及貼合在所述支撐層表面的加熱層，所述加熱層朝向所述支撐層的一面具有一溝槽，所述溝槽與所述支撐層的表面形成一加熱腔，以對進入所述加熱腔中的氣體進行加熱，在所述加熱層背向所述支撐層的表面上與所述加熱腔對應位置設置有加熱源，用于為所述加熱腔加熱，所述加熱層還包括設置在所述加熱腔兩側(cè)且貫穿所述加熱層的開口，以形成隔離帶，所述隔離帶用于隔絕所述加熱腔與所述加熱層之間的熱傳導。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種冷氣微推進器，其特征在于，還包括分別設置在所述加熱腔兩端的進氣口及噴嘴，用以提供氣體進出加熱腔的路徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種冷氣微推進器，其特征在于，所述進氣口貫穿所述加熱層，以允許氣體進入所述加熱腔。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種冷氣微推進器，其特征在于，還包括一進氣機械接口，所述進氣機械接口包括一本體及貫穿所述本體的通孔，所述本體通過一密封圈設置在所述加熱層背向所述支撐層的表面上，且所述通孔與所述進氣口對應，以將外部氣體導入所述進氣口中，所述密封圈用于防止氣體泄漏。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種冷氣微推進器，其特征在于，所述噴嘴采用收縮-擴張的構(gòu)型，用于提供推力。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種冷氣微推進器，其特征在于，還包括設置在所述隔離帶同一側(cè)和/或兩側(cè)的與所述加熱源電連接的至少兩個加熱源焊盤，所述加熱源焊盤用于與外部構(gòu)件連接，以為所述加熱源供電。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種冷氣微推進器，其特征在于，包括四個加熱源焊盤，所述四個加熱源焊盤可用于測量加熱源的電阻，以得到加熱源的實時溫度，進而實時監(jiān)測加熱源的溫度。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種冷氣微推進器,其特征在于，所述冷氣微推進器可與一印刷電路板連接，所述印刷電路板上的焊盤通過導線與所述加熱源焊盤連接，以保護所述加熱源焊盤免受損壞。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種冷氣微推進器，其特征在于，所述加熱源與所述加熱層間設置有絕緣層，以使所述加熱源與所述加熱層絕緣。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種冷氣微推進器，其特征在于，還包括貫穿所述支撐層及加熱層的固定孔，用于將所述冷氣位推進器固定在外部構(gòu)件上。
【文檔編號】B64G1/40GK104401507SQ201410562239
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月21日
【發(fā)明者】李昭, 吳樹范, 陳雯 申請人:上海微小衛(wèi)星工程中心