空间定向喷涂装置结构设计(2)

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1.2 相关技术国内外研究现状

1.2.1 空间无源对抗技术研究现状

1.2.2高压无气喷涂设备研究现状

1.3 课题研究内容和拟采用的研究手段

本文的主要研究内容如下：本课题要求设计一种空间定向喷涂装置，搭建高压气体驱动装置，完成单向阀和高速雾化喷嘴设计，对其进行动力学数值模拟，最终为喷涂式软杀伤反卫星弹药的工程研制提供帮助。经过开题初期的文献查阅，和后期的比较、分析，确定空间定向喷涂装置的关键结构部件主要包括：高压气体驱动装置、防止逆流的单向阀部件、加速的喷管、雾化喷嘴。拟采用的研究手段如下：

1）定向喷涂装置总体结构设计。用solidworks进行三维建模、用Autocad进行机械二维装配图和零件图绘制；

2）高压气体驱动装置设计与计算。主要考虑如何控制每次喷涂所需的气体，这就涉及到电磁阀的选择和控制以及节流阀节流嘴的尺寸；

3）单向阀设计与计算。根据系统的流量来设计，查阅机械设计手册，并借鉴已有单向阀机构，注意在启闭的过程中不对回路管道产生大的冲击。另外其中弹簧的设计也比较重要；

4）喷管的设计与计算。对影响喷管出口速度和管壁压强的因素进行比较分析，最后得到最优结构；

5）雾化喷嘴设计与计算。设计喷嘴的机构和尺寸，需要有明显的雾化效果；

6）喷涂过程相关动力学仿真。用solidworks flow simulation对喷管喷嘴部分机械流动模拟计算。

2 系统总体方案

2.1 喷涂系统的设计要求

如图2.1所示，本课题的具体设计要求是：喷涂装置能够实现对1km以外1m×1m的板子的喷涂，要求覆盖整个板子，并且注意涂料从喷嘴出来之后，到达板子所需要的时间不能过长，以防涂料失效，不能产生干扰作用。

另外，卫星工作空间有限，尺寸、质量都有严格的限制条件，喷涂装置结构尺寸要尽量小，质量小于1.5kg。

空间定向喷涂装置结构系统设计要求示意图

图2.1 系统设计要求示意图

2.2 系统总体结构方案

考虑卫星空间有限，不选择以电机作为驱动能源。选用高压气瓶作为驱动能源，用电磁阀控制每次喷涂所需要的能量，高压气体推动活塞，将涂料压入单向阀，进而通过喷管加速喷出。这里提出两种方案：论文网

方案一：1气压源，2电磁阀，3活塞，4气缸，5单向阀，6喷管

图2.2 总体方案一图

方案二：相比于方案一，方案二的电磁阀，使用的是两位四通的电磁阀，差动结构的气缸实现活塞的进程和回程，此方案中高压气体不会与涂料相接触，所以涂料质量会有所提高。另外还加了结构7，储藏备用涂料，用于涂料的进给，实现多次喷涂。

图2.3 总体方案二图

为了简化研究对象，本文选择了对第一种方案进行详细研究。

2.3 高压气体驱动控制方案

单片机是一个弱电器件,工作电压为5V甚至更低，驱动电流在mA级以下，不能用在大功率的情况下。而本课题需要用单片机来控制电磁阀的线圈,显然是不行的。所以,中间需要一个衔接部分,进行功率放大。本课题选择用继电器作为中间环节。

本课题通过单片机控制中间继电器触点吸合的时间，进而控制控制电磁阀通电时间，控制高压气体进气的多少，实现对活塞的推动。本课题选用的是直动式两位两通电磁阀。通电时，继电器线圈产生电磁力吸合开关，把关闭件从阀座上提起，阀门打开；断电时，继电器线圈没有电流通过，关闭件在弹簧力作用下再次压在阀座上，阀门关闭。所设计电路只需要具备维持一段给定时间通电的功能。对单片机进行简单的延时程序的编译，对继电器实现一定时间的通电。初步电路结构框图如下：