一种电阻推进器用换热流道的制作方法

本发明涉及空间电阻推进器，具体而言，涉及一种电阻推进器用换热流道。

背景技术：

1、电阻加热推力器（resistojet，rj）又称为直流电热推力器（dc resistojet）。rj的基本工作原理为，气体推进剂被电阻类加热器加热后，通过传统拉瓦尔喷管喷出，产生推力。常用的电阻加热器为缠绕于管子上的电阻丝，推进剂从管内流过时被处于炽热状态的电阻丝加热后以一定速度喷出。rj 的比冲正比于气体推进剂温度的平方根。

2、目前常用技术方案有两种：

3、1.分体式热交换流道：如图6所示。工质流道如图6所示，从进气口流入，从喷管流出，流道是单一方向的，从入口直接流向出口。该技术方案是将加热电阻和工质流道分成两个部分，用于加热的电阻丝缠绕于推进剂输送管路的外表面，电阻丝通电产生的焦耳热先传递给推进剂输送管路，管路被加热后再将热量传递给流经的推进剂，最终推进剂被加热后以一定速度喷出产生推力。

4、2.整体式热交换流道：如图7所示。箭头为工质流路。该技术方案将加热电阻和工质流道集成为一体，流道由四根薄壁管组成，这些管子连接形成一个电阻路径，当施加电压时，电能在此路径中耗散。热交换组件还包括一个集成的收敛发散喷嘴。

5、分体式热交换流道：该结构电阻丝在输送管路外表面可以避免密封与相容性的问题，但是推进剂流经被加热的管路时，因管路中空且表面积较小，会出现加热不均匀的问题，导致推进剂整体加热温度不高、加热效率低下。

6、整体式热交换流道：该结构流道即是加热器，结构上更简洁，但是该种结构设计存在流道与前级零件（eg：进气管路）的绝缘问题，目前成熟的做法是钎焊一段陶瓷材料的零件过渡。同时对零件的加工方式有严格的限制，目前只能是3d打印成型。这两个问题限制了该型流道结构设计只能用于中性工质（无毒、无腐蚀）；对于液氨类带腐蚀性工质则无法使用，因液氨的腐蚀性，在保证产品性能的情况下流道结构只能使用钨、钼、钽等既耐腐蚀又耐高温的材料，但该类无法和陶瓷材料钎焊，同时因材料熔点高、密度大的特性3d打印的成本高昂，且打印的零件漏率极低，一般只能到1e-2pa.m³/s，远达不到空间电推进系统的漏率要求。

7、本发明的目的就是要解决分体式热交换流道加热不均、加热效率低下的难题同时又能兼顾可以适用带腐蚀性的工质的问题。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种电阻推进器用换热流道，以解决分体式热交换流道加热不均、加热效率低下的难题同时又能兼顾可以适用带腐蚀性的工质的问题。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、一种电阻推进器用换热流道，包括阴极管，所述阴极管的进气口端安装有进气管，所述阴极管的出气口端安装有用于将加热后气体喷出的喷管，所述阴极管的外部套设固定有管外陶瓷，所述管外陶瓷上缠绕有电阻丝，所述阴极管的内部还设置有导热换热体，当工质通过导热换热体时被加热膨胀后经喷管加速喷出，产生推力。

4、进一步的，所述管外陶瓷外表面设置有螺旋形沟槽，所述电阻丝绕包在所述螺旋形沟槽内，该结构可使电阻丝紧密嵌合于陶瓷表面，使得电阻丝与阴极管之间有绝缘层保护防止高温下电阻丝滑移或短路。

5、进一步的，所述导热换热体为g型tpms晶格拓扑结构，其内部具有相互连通且平滑过渡的三维孔隙网络，增加与工质的接触面积，实现充分热交换。

6、进一步的，所述导热换热体为圆柱状，所述导热换热体紧密装配在阴极管内部，所述导热换热体的外圆周面上设置有螺旋型导流槽，能够与阴极管内壁之间形成工质流通流道，以强化靠近热源壁面的换热，同时采用螺旋状设计，能够增加工质的通过时间，提高加热效果，同时导流槽还能起到节流的效果，不同深度的导流槽对应相应的从导热换热体通过的质量流量，所述导热换热体的两端端面上均设置有端面导流槽，所述端面导流槽与侧面导流槽连通。

7、进一步的，所述喷管包括收敛段、喉部、扩张段，收敛段横截面积逐渐缩小，气体进入后流速随着截面缩小而不断增加，喉部是喷管截面最小的位置，气体从收敛段进入喉部时，速度达到音速，此时流量达到最大，喉部直径可根据不同推力需求采用一维等熵流动模型进行计算，扩张段的横截面积逐渐扩大，扩张半角一般为13～20°，气体通过喉部进入扩张段后进一步膨胀加速，最终以超音速喷出。

8、进一步的，所述喷管出气端外周上一体化设置有限位环，所述阴极管的出气口端还固定有固定环，所述固定环压紧限位环，将喷管压紧固定在阴极管的出气口端内部，该装配方式无需焊接或螺纹连接，避免热变形引起的泄漏，且便于拆卸更换。

9、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

10、通过选用两种不同形态的导热换热体，能够根据使用需要选择特定的导热换热体构型，且两种构型均能够有效解决分体式热交换流道加热不均匀的问题，提高导热效率，工质被加热的温度高，比冲增加，同时解决整体式热交换流道不能适用液氨工质的问题。

1.一种电阻推进器用换热流道，包括阴极管（2），所述阴极管（2）的进气口端安装有进气管（1），所述阴极管（2）的出气口端安装有用于将加热后气体喷出的喷管（6），所述阴极管（2）的外部套设固定有管外陶瓷（4），所述管外陶瓷（4）上缠绕有电阻丝（3），其特征在于，所述阴极管（2）的内部还设置有导热换热体（7），当工质通过导热换热体（7）时被加热膨胀后经喷管（6）喷出。

2.根据权利要求1所述的电阻推进器用换热流道，其特征在于，所述管外陶瓷（4）外表面设置有螺旋形沟槽，所述电阻丝（3）绕包在所述螺旋形沟槽内。

3.根据权利要求2所述的电阻推进器用换热流道，其特征在于，所述导热换热体（7）为g型tpms晶格拓扑结构。

4.根据权利要求2所述的电阻推进器用换热流道，其特征在于，所述导热换热体（7）为圆柱状，所述导热换热体（7）贴合设置在阴极管（2）内部，所述导热换热体（7）的外圆周面上设置有侧面导流槽（702），所述导热换热体（7）的两端端面上均设置有端面导流槽（701），所述端面导流槽（701）与侧面导流槽（702）连通。

5.根据权利要求4所述的电阻推进器用换热流道，其特征在于，所述侧面导流槽（702）呈螺旋形分布。

6.根据权利要求3或5所述的电阻推进器用换热流道，其特征在于，所述喷管（6）包括收敛段（602）、喉部（603）和扩张段（604）。

7.根据权利要求6所述的电阻推进器用换热流道，其特征在于，所述喷射口（604）呈喇叭状开口。

8.根据权利要求7所述的电阻推进器用换热流道，其特征在于，所述喷管（6）出气端外周上一体化设置有限位环（601），所述阴极管（2）的出气口端还固定有固定环（5），所述固定环（5）压紧限位环（601），将喷管（6）压紧固定在阴极管（2）的出气口端内部。