今天為大家介紹一項國家發明授權專利——一種氣控先導磁自鎖雙穩態發動機控制閥門結構。該專利由西安航天動力研究所申請，并于2017年10月31日獲得授權公告。

內容說明

本發明涉及一種氣控先導磁自鎖雙穩態發動機控制閥門結構，可在具有大推力、長程穩態工作要求的液體火箭發動機中應用，氣控先導結構能夠有效降低產品的重量和流阻，雙穩態設計能有效降低系統功耗。

發明背景

3000N發動機作為某探測器軌道器和上升器主發動機，為探測器完成飛行等任務提供推力。根據3000N發動機任務特點，其控制閥需要滿足壓降小、功耗低、質量輕、單次工作時間不小于3000s，并能夠適應空間環境等要求。

現有發動機控制電磁閥結構重量重，流阻高，在穩態工作時需持續供電，電源負荷較大，不符合低功耗設計要求。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：為克服現有發動機控制電磁閥結構重量重，流阻高，在穩態工作時需持續供電，電源負荷較大，不符合低功耗設計要求的不足。本發明提供一種氣控先導磁自鎖雙穩態發動機控制閥門結構，可以滿足大推力（推力大于3000N）液體軌控火箭發動機的工作，采用氣控先導結構，打開狀態和關閉狀態通過永磁鐵保持關閉的雙穩態閥門結構，實現閥門的輕質化和低功耗。

為解決以上技術問題，本發明給出以下技術方案：一種氣控先導磁自鎖雙穩態發動機控制閥門結構，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置在副閥體內；導磁殼體設置與副閥體外側，永磁鐵與線圈位于副閥體與導磁殼體之間；副閥芯的外壁上設有氣體通道，副閥體上端開設有氣體排放口，副閥座上設有氣體通孔，靠近副閥座和副閥芯的副閥體內壁設有與所述氣體通道連通的第一環形槽；若副閥芯離開副閥座，氣體通孔與第一環形槽連通；若副閥芯與副閥座閉合，第一環形槽通過氣體通道與氣體排放口連通。

副閥芯在打開、關閉位置時靠永磁鐵產生的電磁力保持自鎖，當線圈通入不同方向的脈沖電流時，可使副閥芯上下運動。所述氣筒的側壁或底部設有一通孔，通孔為進氣口，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置在主閥體內的主閥桿；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劑入口，活塞與主閥芯之間的主閥體上設有推進劑出口，推進劑出口右側的主閥體內設有擋板；擋板右側為腔室，活塞位于腔室內，活塞與腔室內壁之間設置有密封圈，活塞與擋板之間的主閥桿上套接有彈簧，活塞能夠在腔室內做往復運動。

所述第一環形槽與活塞右側的腔室連通。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，豎向段設有第二環形槽，第二環形槽與第一環形槽連通，豎向段左側的氣筒上設有第一通道，所述第二環形槽通過第一通道與活塞右側的腔室連通。

上述第二環形槽的位置低于第一環形槽的位置。上述氣體排放口上安裝有防塵蓋，防塵蓋為迷宮防塵蓋，具有迷宮式防塵結構，避免閥門在月球任務中被月塵污染而導致卡澀等故障。活塞與腔室內壁之間還設置有擋圈，增加了活塞與腔室內壁之間的對中性，其中，擋圈與密封圈相鄰。

上述氣筒豎向段的左側固定有橫向設置的第一筒體，擋板右側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有外螺紋，第二筒體右端內壁設有與所述外螺紋匹配的內螺紋。

上述第一筒體和第二筒體外壁還套接有螺母，螺母內壁兩端分別設置有兩種旋向相反的內螺紋，螺母均與第一筒體和第二筒體螺紋連接。本發明具有以下技術效果：本發明包括主閥和副閥，主閥部分用來控制推進劑的供應和切斷，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、關閉動作時僅需給線圈短時通電，閥芯處于打開或關閉位置時利用永磁鐵實現自鎖，從而實現閥門的低功耗設計。

本發明采用了永磁自鎖兩位三通電磁閥作為氣動先導閥副閥的發動機控制閥結構，通過采用雙穩態設計，在電磁副閥短時通電產生相應動作后，即可斷電保持在動作后穩定狀態，無需持續通電保持打開，能有效降低功耗，在長程穩態工作的大推力液體軌控火箭發動機中應用節能優勢明顯，較好地實現了低功耗設計目標。

本發明除可應用于液體火箭發動機外，在衛星在軌執行系統、地面試驗系統、自動化流體管路系統的相關閥門中均可推廣應用，可有效減輕發動機重量和降低系統電源功耗。