CN102777342A - 用于电推进的矢量磁喷嘴 - Google Patents

用于电推进的矢量磁喷嘴 Download PDF

Info

Publication number
CN102777342A
CN102777342A CN2012102740904A CN201210274090A CN102777342A CN 102777342 A CN102777342 A CN 102777342A CN 2012102740904 A CN2012102740904 A CN 2012102740904A CN 201210274090 A CN201210274090 A CN 201210274090A CN 102777342 A CN102777342 A CN 102777342A
Authority
CN
China
Prior art keywords
vector
magnetic
nozzle
plasma
electric propulsion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2012102740904A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102777342B (zh
Inventor
赵华
易忠
刘业楠
任琼英
刘宇明
孟立飞
张超
黄建国
陈金刚
徐炎林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Institute of Spacecraft Environment Engineering
Original Assignee
Beijing Institute of Spacecraft Environment Engineering
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Institute of Spacecraft Environment Engineering filed Critical Beijing Institute of Spacecraft Environment Engineering
Priority to CN201210274090.4A priority Critical patent/CN102777342B/zh
Publication of CN102777342A publication Critical patent/CN102777342A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102777342B publication Critical patent/CN102777342B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03H—PRODUCING A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03H1/00—Using plasma to produce a reactive propulsive thrust
    • F03H1/0006—Details applicable to different types of plasma thrusters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03H—PRODUCING A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03H1/00—Using plasma to produce a reactive propulsive thrust
    • F03H1/0093—Electro-thermal plasma thrusters, i.e. thrusters heating the particles in a plasma

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

本发明公开了一种用于电推进的矢量磁喷嘴，由设置在等离子体喷焰喷口前的永磁体和设置在上述喷口后的形成偶极场位型的多个非同心圆线圈组成，永磁铁与与非同心线圈形成双磁镜管以使等离子体在双磁镜管间往复运动，并在非同心线圈的电流调制下等离子体受离子回旋波共振加热，再通过调整等离子体脱离磁喷嘴时多个非同心圆线圈上电流的比例，使推进器的等离子体喷焰喷口外磁场的矢量方向偏离推进器中心轴而导引外部等离子体的流动方向，以改变推力器的推力矢量方向。本发明的矢量磁喷嘴通过矢量推进可以大大减少姿态控制系统推力器的数量，同时大大提高姿态控制系统的可靠性并通过磁喷嘴使得离子的垂直速度，转化成平行速度，提高外流等离子体的平行流速，达到增大推力的目的。

Description

用于电推进的矢量磁喷嘴
技术领域
本发明属于航天推进及空间应用技术领域。具体来说，本发明涉及用于电推进的矢量磁喷嘴结构。
背景技术
航天器在轨的推进技术主要有化学推进和电推进两种，目前我国在电推进发动机的研制方面取得了长足的进展，已有一些卫星计划安排采用电推进的发动机，这是电推进发动机的高比冲为卫星的长期运行节省了大量的推进剂。然而，由于电推进将工质电离后的加速过程难以提升，同时由于发动机的喷口喷出的尾焰方向与喷口形状密切相关，因此，对于确定的发动机喷口，其产生推力的方向是随喷口固定的，如果需要多个方向上产生推力，就需要在相应需求方向上安装多个发动机。为此，电推进在航天器上通常需要在多个位置安装，才能达到航天器对推进方向的需要。
鉴于此，提供一种能够进行工质电离后的加速同时对喷口推力产生方向调节的喷嘴非常必要。
发明内容
本发明针对上述技术难题，基于化学-电磁混合推进技术产生的等离子体尾焰，提出一种基于电流调制的等离子体尾焰离子约束、释放和方向控制的矢量磁喷嘴，它可以提高推进过程中等离子体中离子的能量，并控制其喷出方向，构成，解决了以往电推进中推力小、方向无法控制的问题。
为达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
用于电推进的矢量磁喷嘴，由设置在等离子体喷焰喷口前的永磁体和设置在上述喷口后的形成偶极场位型的多个非同心圆线圈组成，永磁铁与与非同心线圈形成双磁镜管以使等离子体在双磁镜管间往复运动，并在非同心线圈的电流调制下等离子体受离子回旋波共振加热，再通过调整等离子体脱离磁喷嘴时多个非同心圆线圈上电流的比例，使推进器的等离子体喷焰喷口外磁场的矢量方向偏离推进器中心轴而导引外部等离子体的流动方向，以改变推力器的推力矢量方向。
优选地，多个非同心圆线圈为两个或三个电磁铁线圈。其中，两个或三个非同心圆的线圈两两叠置形成偶极场位型，或者两个或三个非同心圆的线圈分别为多匝线圈，其中多匝线圈之间两两交错叠置形成偶极场位型。
优选地，共振加热时各个非同心线圈的调制电流相同。
优选地，等离子体喷焰脱离时各个非同心线圈的电流根据需要产生推力的矢量方向分别进行调制。
本发明的用于电推进的矢量磁喷嘴，利用电流调制的多个非同心圆线圈实现混合推进等离子体离子的约束、释放和方向控制。通过矢量推进可以大大减少姿态控制系统推力器的数量。矢量推进采用电流调控，没有机械活动部件也可以大大提高姿态控制系统的可靠性。利用化学-电磁混合推进技术产生的等离子体喷炎在离子回旋波共振下加速提高的是喷焰中离子垂直磁场方向的动能，通过磁喷嘴使得离子的垂直速度，转化成平行速度，提高外流等离子体的平行流速，达到增大推力的目的。
附图说明
图1为本发明的用于电推进的矢量磁喷嘴的结构示意图；
图中，1-化学-电磁混合推进产生的等离子体喷焰；2-永磁铁；3-矢量控制磁喷嘴非同心线圈A；4-矢量控制磁喷嘴非同心线圈B；5-矢量控制磁喷嘴非同心线圈C。
具体实施方式
以下介绍的是作为本发明所述内容的具体实施方式，下面通过具体实施方式对本发明的所述内容作进一步的阐明。当然，描述下列具体实施方式只为示例本发明的不同方面的内容，而不应理解为限制本发明范围。
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
图1是本发明的用于电推进的矢量磁喷嘴，即一种基于电流调制的矢量磁喷嘴的结构示意图，本发明的用于电推进的矢量磁喷嘴，由设置在等离子体喷焰喷口前的永磁体2和设置在上述喷口后的形成偶极场位型的多个非同心圆线圈组成，永磁铁2与与非同心线圈形成双磁镜管以使等离子体在双磁镜管间往复运动，并在非同心线圈的电流调制下等离子体受离子回旋波共振加热，再通过调整等离子体脱离磁喷嘴时多个非同心圆线圈上电流的比例，使推进器的等离子体喷焰喷口外磁场的矢量方向偏离推进器中心轴而导引外部等离子体的流动方向，以改变推力器的推力矢量方向。
在一实施方式中，本发明设计的三个非同心线圈组安装于化学-电磁混合推进器的等离子体喷焰后端，由三个非同心线圈构成类偶极场位型。在化学-电磁混合推进产生等离子体喷焰1后面，通过调制矢量控制磁喷嘴非同心线圈A3、矢量控制磁喷嘴非同心线圈B4、矢量控制磁喷嘴非同心线圈C5的电流达到一致，可以使永磁铁2与矢量控制磁喷嘴非同心线圈A3、B4、C5形成双磁镜管，在永磁铁2的后化学-电磁混合推进产生的等离子体喷焰1受到磁镜的作用而被约束，使得离子在双磁镜点间往复运动，在电流调制下，离子被约束在磁镜场中，不断受到离子回旋波共振加热。在加热达到一定程度后，通过调制矢量控制磁喷嘴非同心线圈A3、矢量控制磁喷嘴非同心线圈B4、矢量控制磁喷嘴非同心线圈C5的电流，使在喷射期其磁场降低到约束时的十分之一，化学-电磁混合推进产生的等离子体喷焰1与磁场脱离成为推进飞行器运动推进剂。通过调整矢量控制磁喷嘴非同心线圈A3、矢量控制磁喷嘴非同心线圈B4、矢量控制磁喷嘴非同心线圈C5上等离子体脱离期(即等离子喷焰离开磁喷嘴的时候)电流的比例，形成推进器喷口外磁场的矢量方向偏离推进器中心轴，而导引外流等离子体流动方向。起到改变推力器的推力矢量方向。在等离子体尾焰的脱离期，类偶极场位型具有随着离开推进器喷口距离的增加而具有加大的磁场梯度，离推力器远远磁场越小。随着导引磁场的减弱，带电粒子的平行于磁场方向的速度越大，等离子体的平行流速增大。在外流等离子体中电子的回旋半径远远小于离子。电子“冻结”在磁力线上，也可能随着类偶极子磁力线返回推力器。电子离开外流等离子体柱会产生电荷分离，电场约束电子的分离。混合推进的等离子体流可以从矢量磁喷嘴顺利流出并产生推力，而不会返回，从而实现等离子体喷炎的约束、释放及方向控制。
在另一实施方式中，将非同心圆线圈设置为叠置的两个，同样与永磁体构成上述磁镜结构，同样能够实现相同的技术效果。
在又一实施方式中，将非同心圆线圈设置为3个，其中每个线圈都为两匝，各个线圈之间通过交错叠置的方式形成偶极场位型，同样与永磁体构成上述磁镜结构，同样能够实现相同的技术效果，解决相同的技术问题。
以上所述仅是本使用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术的原理前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也都应该在本发明的保护范围。

Claims (6)

1.用于电推进的矢量磁喷嘴，由设置在等离子体喷焰喷口前的永磁体和设置在上述喷口后的形成偶极场位型的多个非同心圆线圈组成，永磁铁与与非同心线圈形成双磁镜管以使等离子体在双磁镜管间往复运动，并在非同心线圈的电流调制下等离子体受离子回旋波共振加热，再通过调整等离子体脱离磁喷嘴时多个非同心圆线圈上电流的比例，使推进器的等离子体喷焰喷口外磁场的矢量方向偏离推进器中心轴而导引外部等离子体的流动方向，以改变推力器的推力矢量方向。
2.如权利要求1所述的用于电推进的矢量磁喷嘴，其中，多个非同心圆线圈为两个或三个电磁铁线圈。
3.如权利要求2所述的用于电推进的矢量磁喷嘴，其中，两个或三个非同心圆的线圈两两叠置形成偶极场位型。
4.如权利要求3所述的用于电推进的矢量磁喷嘴，其中，两个或三个非同心圆的线圈分别为多匝线圈多匝线圈之间两两交错叠置形成偶极场位型。
5.如权利要求1所述的用于电推进的矢量磁喷嘴，其中，共振加热时各个非同心线圈的调制电流相同。
6.如权利要求1所述的用于电推进的矢量磁喷嘴，其中，等离子体喷焰脱离时各个非同心线圈的电流根据需要产生推力的矢量方向分别进行调制。
CN201210274090.4A 2012-08-03 2012-08-03 用于电推进的矢量磁喷嘴 Expired - Fee Related CN102777342B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210274090.4A CN102777342B (zh) 2012-08-03 2012-08-03 用于电推进的矢量磁喷嘴

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210274090.4A CN102777342B (zh) 2012-08-03 2012-08-03 用于电推进的矢量磁喷嘴

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102777342A true CN102777342A (zh) 2012-11-14
CN102777342B CN102777342B (zh) 2014-08-13

Family

ID=47122396

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210274090.4A Expired - Fee Related CN102777342B (zh) 2012-08-03 2012-08-03 用于电推进的矢量磁喷嘴

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102777342B (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103600854A (zh) * 2013-11-25 2014-02-26 北京卫星环境工程研究所 利用空间等离子体和磁场作用的航天器助推系统
WO2015082739A1 (es) * 2013-12-05 2015-06-11 Universidad Politécnica de Madrid Sistema y procedimiento para vectorizar el empuje en motores espaciales de plasma
CN105422401A (zh) * 2015-12-08 2016-03-23 南京航空航天大学 一种基于等离子体流动控制的射流推力矢量装置
CN108026902A (zh) * 2015-09-15 2018-05-11 纽曼空间有限公司 内部线触发脉冲阴极电弧推进系统
CN111140448A (zh) * 2019-12-23 2020-05-12 北京航空航天大学 由交织的电磁线圈构成的用于电推进的矢量磁喷管
CN111140447A (zh) * 2019-12-23 2020-05-12 北京航空航天大学 一种用于电推进的包括旁置电磁线圈的矢量磁喷管
CN112443466A (zh) * 2019-08-29 2021-03-05 波音公司 航天器、推进系统以及增强离子推进航天器的推力的方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4815279A (en) * 1985-09-27 1989-03-28 The United States Of America As Represented By The National Aeronautics And Space Administration Hybrid plume plasma rocket
US20030048054A1 (en) * 2001-09-11 2003-03-13 National Institute For Fusion Science Artificial solar wind generator
CN101027481A (zh) * 2004-09-22 2007-08-29 埃尔温公司 宇宙飞船推进器
CN101855138A (zh) * 2007-09-14 2010-10-06 塔莱斯电子设备有限公司 空间飞行器中的驱动装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4815279A (en) * 1985-09-27 1989-03-28 The United States Of America As Represented By The National Aeronautics And Space Administration Hybrid plume plasma rocket
US20030048054A1 (en) * 2001-09-11 2003-03-13 National Institute For Fusion Science Artificial solar wind generator
CN101027481A (zh) * 2004-09-22 2007-08-29 埃尔温公司 宇宙飞船推进器
CN101855138A (zh) * 2007-09-14 2010-10-06 塔莱斯电子设备有限公司 空间飞行器中的驱动装置

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103600854A (zh) * 2013-11-25 2014-02-26 北京卫星环境工程研究所 利用空间等离子体和磁场作用的航天器助推系统
CN103600854B (zh) * 2013-11-25 2017-01-11 北京卫星环境工程研究所 利用空间等离子体和磁场作用的航天器助推系统
WO2015082739A1 (es) * 2013-12-05 2015-06-11 Universidad Politécnica de Madrid Sistema y procedimiento para vectorizar el empuje en motores espaciales de plasma
ES2540167A1 (es) * 2013-12-05 2015-07-08 Universidad Politécnica de Madrid Sistema sin partes móviles ni electrodos y procedimiento para vectorizar el empuje en motores espaciales de plasma
CN108026902A (zh) * 2015-09-15 2018-05-11 纽曼空间有限公司 内部线触发脉冲阴极电弧推进系统
US10807741B2 (en) 2015-09-15 2020-10-20 Neumann Space Pty Ltd Internal wire-triggered pulsed cathodic arc propulsion system
CN108026902B (zh) * 2015-09-15 2021-08-03 纽曼空间有限公司 内部线触发脉冲阴极电弧推进系统
CN105422401A (zh) * 2015-12-08 2016-03-23 南京航空航天大学 一种基于等离子体流动控制的射流推力矢量装置
CN105422401B (zh) * 2015-12-08 2018-03-13 南京航空航天大学 一种基于等离子体流动控制的射流推力矢量装置
CN112443466A (zh) * 2019-08-29 2021-03-05 波音公司 航天器、推进系统以及增强离子推进航天器的推力的方法
CN111140448A (zh) * 2019-12-23 2020-05-12 北京航空航天大学 由交织的电磁线圈构成的用于电推进的矢量磁喷管
CN111140447A (zh) * 2019-12-23 2020-05-12 北京航空航天大学 一种用于电推进的包括旁置电磁线圈的矢量磁喷管

Also Published As

Publication number Publication date
CN102777342B (zh) 2014-08-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102777342B (zh) 用于电推进的矢量磁喷嘴
US20150210406A1 (en) Fuel-Free Spacecraft Propelling System Based on Spatial Atomic Oxygen and Propelling Method
JP6010132B2 (ja) ホール効果スラスタ
US9657725B2 (en) Ion thruster
EP2853736B1 (en) Chemical-electromagnetic hybrid propulsion system with variable specific impulse
CA2345260A1 (en) Ion doping apparatus and method for aerodynamic flow control
CN105934063A (zh) 一种微波电离式等离子体推进器
CN104295404A (zh) 二元流体式推力矢量动力装置
CN111140447A (zh) 一种用于电推进的包括旁置电磁线圈的矢量磁喷管
CN112443466B (zh) 航天器、推进系统以及增强离子推进航天器的推力的方法
RU2527798C2 (ru) Устройство управления вектором тяги реактивного двигателя
WO2016178701A1 (en) Thrust augmentation systems
CN109573104A (zh) 载人月面电磁发射月面加速轨道
CN109533350B (zh) 一种涵道推进器
US4765222A (en) Electrostatic kinetic energy weapon
CN116101516B (zh) 一种具有静电式电推进系统的卫星
CN113665848B (zh) 一种磁场力/力矩作用投送系统及其地面测试装置
WO2018226172A2 (en) Electric motor supported balance control in drones with engine
Li et al. Bounded differential game guidance law for interceptor missiles with aero fins and reaction jets
JP7455439B1 (ja) 人工物体の制御方法、人工物体の制御装置およびこれを備えた人工物体
RU2630275C2 (ru) Способ создания тяги и энерго-двигательное устройство для перемещения объекта в пространстве
Harper Electric Spacecraft Propulsion Systems
CN113217228A (zh) 一种用于固体火箭发动机的磁控式推力矢量控制装置
Shrivastava INTERPLANETARY MISSIONS
Salasoo et al. Analysis of Charge Cloud Geometries for Ion Propulsion of Microwave Lightcraft

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20140813

Termination date: 20210803