基于MEMS技术的微型阀研究

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1、第36卷第1期2010年2月火箭推进JOURNAI。OFROCKETPROPULSIONV01．36。№．1Feb．2010基于MEMS技术的微型阀研究张晰哲1，唐周强1，韩先伟1，管海兵：，宦飞2(1西安航天动力研究所，陕西西安710100；2上海交通大学信息安全工程学院，上海200041)摘要：根据微机电系统(MEMS)技术和微型阀技术的研究现状与发展趋势，在微型阀致动机理分析和性能对比的基础上，通过对微型阀结构的理论计算和数值模拟，论证了静电致动和压电致动两种微型阀方案，确定了微推进系统用微型阀的主要技术参数和性能指标；通过结构设计和MEMS工艺攻关，完

2、成了基于MEMS技术的压电致动微型阀原理样件制造，并进行了初步的原理试验验证和性能检测。结果表明，基于MEMS技术的压电致动微型阀原理可行，方案合理；通过进一步的结构优化，解决多层键合和系统封装工艺，可以获得高性能的微型阀，为小型、轻质和集成化微推进系统研制奠定基础。关键词：微机电系统；微推进系统；静电微型阀；压电微型阀中图分类号：V432文献标识码：A文章编号：(2010)01-0008—05Investigationofmicrovalv,basedmicrovalvebasedonmicroelectromechanicalsystemsZhangXiz

3、hel，TangZhouqian91，HanXianweil，GuanHaibing二，HuanFei2(1Xi"allAerospacePropulsionInstitute，Xi"an710100；2Inst．ofInformationSafety，ShanghaiJiaotongUniversity，Shanghai200041)Abstract：AccordingtothestatusanddevelopmenttrendofMEMSandmicrovavletechnology，theconceptsofstaticelectricityandpie

4、zoelectricitymicrovavlehavebeendemonstratedbythetheo-reticalanalyzingandnumericalsimulationbasedontheactuatinganalysisandperformancecompari-sonofthemicrovalve．Themajortechnicalandperformanceparametershavebeendetermined．Theprototypeofthepiezoelectricitymicrovalvewasfabricatedfollowed

5、thestructuredesignandMEMStechnicsresearch．Performanceoftheprototypehasbeentested．TheresultshowsthatthedesignoftheMEMSpiezoelectricitymicrovalveisreasonable，andthemicrovalvewithhi【ghperformancewouldbeobtainedthroughfabricationoptimizationandMEMStechnicsstudy．Keywords：microelectromech

6、aniealsystem；micropropulsionsystem；staticelectricityIIli—crovavle；piezoelectricitymicrovalve收稿日期：2009-08--05；修回日期：2009-08—20。基金项目：国际科技合作项目(20070806)。作者简介：张晰哲(1981--)，男，工程师，研究领域为微推进与电推进技术。第36卷第1期张晰哲，等：基于MEMS技术的微型阀研究9O引言基于MEMS的微型阀主要用于微推进系统，它是微型航天器的重要组成部分。其主要优点有：尺寸及结构质量小、耗能低、具有集成化与大批量生

7、产的可能性。将微型阀、微型泵、微推力器等集成在一起，形成微推进系统，可以大大减小微推进系统的尺寸、降低结构质量、提高性能和控制精度。微型阀与微推进系统配合可实现推进剂的精确输出，从而保证精确的推力，帮助微型航天器实现更好的姿态控制、位置保持等，为微／纳航天器的进一步应用打下良好的基础。表1MEMS微型阀的技术评估’rab．1TechnicalevaluationofMEMSmicrovalve根据工作原理，微型阀可以分为许多种，包括热气动阀、双金属片致动阀、形状记忆合金(SMA)阀、静电致动阀、压电致动阀以及电磁致动阀等。针对微型航天器推进系统的应用指标，表1

8、中对各种微型阀的性能进行了大体评估。可