快速脉冲纳米铝热剂型推进器优化方案

基于Al／CuO纳米铝热剂的活性材料也可用于微推冲器中。使用传统加工工艺来制造纳米铝热剂型推进器：通常钻出不锈钢螺栓，内径约为1.59 mm。采用拉瓦尔喷管测试不同燃烧室的长度（3.5 mm、6 mm和8.5 mm），推进器的设计示意图如图6.7所示。推进器电机快速运行状态下的高速摄影照片如图6.8所示。

图6.7　推进器喷嘴示意图（以mm为单位）［APP 09］（版权2009，美国航空航天学会）

图6.8　推进器电机快速运行状态下的高速摄影照片（未安装喷嘴）［APP 09］（版权2009，美国航空航天学会）

将不同量（9～38 mg）的纳米铝热剂在（20%～80%）TMD范围内进行压制，然后装到燃烧室中。随着压实压力的变化，发现材料显示出两种不同的脉冲特性。压实密度较低时，燃烧较快，推力约为75 N，持续时间小于50μs；压实密度较高时，燃烧相对缓慢，推力为3～5 N，持续时间为1.5～3.0 ms。两种压实密度材料产生的比冲为20～25 s。

在21世纪，Rossi等提出了基于MEMS的推进器和火箭。该类型的推进器由三个微型硅基片（分别为喷嘴、点火器和推进剂室）构成，这三个微型硅基片组成一个三明治结构，如图6.9所示。

图6.9　Rossi等设计的微型固体推进器示意图(www.xing528.com)

将纳米含能材料（此处指复合推进剂）装载到微腔中，示意图如图6.10所示。组装完全的微推进器芯片如图6.11所示。推进时产生的火花如图6.12所示。

图6.10　将纳米含能材料装载到推进器微腔的示意图

图6.11　组装完全的微推进器芯片［ROS 02］

图6.12　推进时产生的火花

固体推进剂燃烧产生的推力范围为1 mN至几毫牛，比冲取决于拉瓦尔喷管形状以及喉部与腔室的截面面积比，比冲范围为30～50 s。可根据实际需求来调整推冲器的几何形状和尺寸，从而获得适宜的推进剂推力比冲。这些安装有微尺度推冲器的微型火箭可用于控制微型卫星的位置和姿态。