CN102493935B - 同轴三极板型点火器 - Google Patents

Abstract

本发明设计了一种三极板式圆台同轴型点火器，该点火器主要用于脉冲等离子体推力器，为推力器主放电过程提供初始的诱导等离子体。该点火器采用三极板构型，内部两极板同轴平行布置，最外侧极板采用圆台构型；点火器的接线头带有三爪弹力片，将点火器固定安装在推力器的极板上；接线头内部与点火器之间采用插接方式，将外部点火电路与点火器内部两极板联结。点火器放电时，在次外层阳极板与中心阴极间的电压作用下，两极板间半导体环表面产生低能自激闪络放电，产生的等离子体诱导最外层阴极板与次外层阳极板之间的半导体环表面产生高能放电。该点火器能够提供高能量高密度诱导等离子体，并且点火器工作稳定性好、半导体环表面不易积碳、使用寿命长。

Description

同轴三极板型点火器

技术领域

本发明设计一种用于脉冲等离子体推力器上，为推力器主放电提供诱导电子的同轴三极板型点火器。

背景技术

脉冲等离子体推力器作为电推进家族中的一员，是一种利用电磁力对工质烧蚀电离产生的等离子体进行加速从而产生推力的电磁推力器。脉冲等离子体推力器最大的优势是将无毒推进剂的供应与推力器本体组合成一个模块，省却了复杂的推进剂储存和供应系统。脉冲等离子体推力器具备比冲高、冲量小、平均耗电功率低、结构简单等优点，十分适用于微小卫星的空间应用以及执行高精度控制的推进任务。

脉冲等离子体推力器在高真空状态下，受到推力器两极板电压的限制不能产生自激闪络放电，而需要由安装在推力器阴极板上的点火器放电工作产生大量诱导等离子体，以诱导推力器放电工作。实际应用中发现，随着推力器工作次数的增加，点火器半导体环表面的积碳增加，点火器产生等离子体减少而不足以诱导主放电，使得点火器失效。点火器对脉冲等离子体推力器发挥着诱导与工作频率的控制功能，点火器失效将直接影响推力器放电工作乃至使用寿命。

研究表明，对于同轴双极板点火器，增大点火器半导体环表面积能够获得更多诱导等离子体。但增加极板间距的同时，必然要配合升高点火器极板间电压，使得在两极板在间距较大时，仍能发生有效自击穿。这样对点火供电系统提出很高的要求，增加了供电系统的复杂性。

发明内容

本发明针对点火器半导体环表面易积碳、双极板在较大间距下难以产生高能诱导等离子体等技术问题，在不增加外部电路复杂性以及供电系统重量的基础上设计了一种同轴三极板型点火器，并对其接线及安装固定方式进行了设计。

本发明为采用同轴三极板构型的点火器，内部两极板同轴平行布置，两极板间片式半导体环宽较小，最外侧极板为圆台形状，外侧电极与次外侧电极间片式半导体环宽较大。点火器的接线头带有三爪弹力片，将点火器固定安装在推力器的极板上；接线头内部与点火器之间采用插接方式，将外部点火电路与点火器内部两极板联结。

其结构包括：中心阴极8，次外层阳极6，最外层阴极4；其中，中心阴极与次外层阳极之间通过绝缘陶瓷组件1绝缘隔离，次外层阳极与最外层阴极之间通过带四个伞裙的绝缘陶瓷3绝缘隔离；绝缘陶瓷组件1下端面采用环状、片式半导体环Ⅱ7封口；绝缘陶瓷3下端面采用环状、片式半导体环Ⅰ5封口；点火器的连接端10与次外层阳极相接，连接端上设有定位卡销9，点火器中心阴极上段为接线瓣状弹性插片2，通过与外供电端子11上的三爪弹力片12相连，分别给中心阴极及次外层阳极供电；点火器最外层阴极为圆台型结构，与推力器阴极板相连构成回路。

其中，环状、片式半导体环Ⅱ宽度<                                                

环状、片式半导体环Ⅰ宽度。

其中，绝缘陶瓷3带四道伞褶，伞褶部分总长度为5-9mm，且绝缘体伞褶部分的每道伞褶宽度为1.0-1.5mm，伞褶深度为1.0-1.5mm。

其中，中心阴极8上段为接线瓣状弹性插片2，接线瓣状弹性插片2分为轴对称的两瓣，接线瓣状弹性插片2与绝缘陶瓷组件1之间留有一定的装配间隙，为0.5~0.8mm。

本发明摒弃了传统点火器螺纹旋接固定的方式，设计了带有三爪弹力片的外供电端子，配合外侧阴极圆台式构型，可将点火器固定安装在推力器的极板上。

本发明摒弃了传统点火器螺母固定接线的方式，设计了上部为瓣状弹性插片的中心电极，并在次外侧极板上部两侧设计了定位销，从而外供电端子与点火器通过同轴插接、旋转固定的接线方式，将外部点火电路与点火器内部两极板联结。

本发明通过对点火器极板布置方式、极板间半导体环面积的合理设计，使得点火器放电时，其内部半导体环表面在次外层阳极与中心阴极间的电压作用下，产生低能自激闪络放电，放电过程中产生的等离子体诱导最外层阴极板与次外层阳极板之间的半导体环表面产生高能放电，生成高能量等离子体。由于高能量等离子体具有清洁作用，这种“二次放电”的工作方式在为推力器提供诱导等离子体源的同时，能够有效清除点火器半导体环表面积碳，延长使用寿命。

附图说明

图1为同轴三极板型点火器半剖结构示意图。

图2为同轴三极板型点火器仰视结构示意图。

图3为同轴三极板型点火器俯视结构示意图。

图4为中心阴极西南等轴测图。

图5为带有三爪弹力片外供电端子结构示意图。

图6为同轴三极板型点火器外接供电电路简图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施作详细说明：

如图1-3所示为同轴三极板型点火器结构示意图，其结构包括：中心阴极8，次外层阳极6，最外层阴极4；中心阴极与次外层阳极之间通过绝缘陶瓷组件1绝缘隔离，次外层阳极与最外层阴极之间通过带四个伞裙的绝缘陶瓷3绝缘隔离，绝缘陶瓷组件1下端面都采用环状、片式半导体环Ⅱ7封口；绝缘陶瓷3下端面都采用环状、片式半导体环Ⅰ5封口；[环状、片式半导体环Ⅱ宽度]<[环状、片式半导体环Ⅰ宽度]；绝缘陶瓷3带四道伞褶，伞褶部分总长度为5-9mm，且绝缘体伞褶部分的每道伞褶宽度为1.0-1.5mm，伞褶深度为1.0-1.5mm；绝缘陶瓷3的连接端10与次外层阳极相接，连接端上设有定位卡销9，点火器中心阴极上段为接线瓣状弹性插片，通过与外供电端子11上的三爪弹力片12相连，分别给中心阴极及次外层阳极供电，点火器最外层阴极为圆台型结构，与推力器阴极板相连构成回路。

图4所示为中心阴极西南等轴测图。其结构为：中心阴极上段为接线瓣状弹性插片，接线瓣状弹性插片分为轴对称的两瓣，接线瓣状插片与周围陶瓷绝缘材料之间留有一定的装配间隙，约为0.5~0.8mm。外部供电端子通过与点火器次外层阳极及瓣状弹性插片插接实现供电电路连接，比传统的采用螺母固定的接线方式十分方便。

图5为带有三爪弹力片12外供电端子11结构示意图。三爪弹力片12安装在外供电端子11上，通过安装在外供电端子上的三爪弹力片配合着点火器最外层阴极的圆台型结构，将点火器牢固的固定在了推力器的阴极板上。

图6为同轴三极板型点火器外接供电电路简图。

如图所示，点火器被固定安装在推力器阴极板上，点火器最外层阴极与推力器阴极板相连构成回路。在等离子体推力器工作时，首先，点火器点火控制电路分别给跨接在中心阴极与次外层阳极以及次外层阳极与最外层阴极之间的点火储能电容器C₁、C₂充电，由于最外层阴极4与次外层阳极6之间的环状、片式半导体环Ⅰ间距较大，C2上的电压幅值不足以使其表面发生闪络放电。而次外层阳极6与中心阴极8之间的环状、片式半导体环Ⅱ间距较小，在C1电压的作用下，其表面发生闪络放电。继而，最外层阴极4与次外层阳极6之间的环状、片式半导体环Ⅰ在放电产生的诱导等离子体诱发下发生高能量放电，产生更多的高速等离子体。这种“二次放电”的工作方式在为脉冲等离子体推力器主放电提供高能、高密度的诱导等离子体源的同时，由于高能量等离子体的清洁作用，能够有效清除火花塞半导体表面的积碳，从而达到防止火花塞失效，延长火花塞使用寿命的目的。

Claims (2)

1.同轴三极板型点火器，包括：中心阴极（8），次外层阳极（6），最外层阴极（4），其特征在于：

中心阴极（8）与次外层阳极（6）之间通过绝缘陶瓷组件（1）绝缘隔离；次外层阳极（6）与最外层阴极（4）之间通过带四个伞裙的绝缘陶瓷（3）绝缘隔离；绝缘陶瓷组件（1）下端面采用环状、片式半导体环Ⅱ（7）封口；绝缘陶瓷（3）下端面采用环状、片式半导体环Ⅰ（5）封口；点火器的连接端（10）与次外层阳极（6）相接，连接端（10）上设有定位卡销（9），点火器中心阴极（8）上段为接线瓣状弹性插片（2），通过与外供电端子（11）上的三爪弹力片（12）相连，分别给中心阴极（8）及次外层阳极（6）供电；点火器的最外层阴极（4）为圆台型结构，与推力器阴极板相连构成回路；

所述环状、片式半导体环Ⅱ（7）宽度<                                                

环状、片式半导体环Ⅰ（5）宽度；

所述接线瓣状弹性插片（2）分为轴对称的两瓣，接线瓣状弹性插片（2）与绝缘陶瓷组件（1）之间留有一定的装配间隙，为0.5~0.8mm。

2.根据权利要求1所述的同轴三极板型点火器，其特征在于：绝缘陶瓷（3）带四道伞裙，伞裙部分总长度为5-9mm，且绝缘体伞裙部分的每道伞裙宽度为1.0-1.5mm，伞裙深度为1.0-1.5mm。

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