CN103327721B - 一种控制会切磁场推力器羽流发散角度的方法 - Google Patents

一种控制会切磁场推力器羽流发散角度的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103327721B
CN103327721B CN201310253490.1A CN201310253490A CN103327721B CN 103327721 B CN103327721 B CN 103327721B CN 201310253490 A CN201310253490 A CN 201310253490A CN 103327721 B CN103327721 B CN 103327721B
Authority
CN
China
Prior art keywords
magnetic field
thruster
permanent magnet
plume
cusped magnetic
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.)
Active
Application number
CN201310253490.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103327721A (zh
Inventor
赵隐剑
张亚男
刘辉
马成毓
陈蓬勃
孙国顺
于达仁
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.)
Harbin Institute of Technology
Original Assignee
Harbin Institute of Technology
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 Harbin Institute of Technology filed Critical Harbin Institute of Technology
Priority to CN201310253490.1A priority Critical patent/CN103327721B/zh
Publication of CN103327721A publication Critical patent/CN103327721A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103327721B publication Critical patent/CN103327721B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/10—Nuclear fusion reactors

Abstract

一种控制会切磁场推力器羽流发散角度的方法，涉及一种会切磁场推力器磁分界面位形对羽流发散角度的控制方法，本发明解决了现有会切磁场推力器羽流发散角度控制困难的问题，本发明将一块环形羽流控制永磁体固定安装在会切磁场推力器通道出口最外面一块永磁体的外侧，推力器的阴极发出电子，向会切磁场推力器的放电通道内通入氙气，氙离子在氙离子与电子自洽产生的电场的作用下向放电通道外喷出去，产生向内的推力；更换轴向长度或径向长度不同的环形羽流控制永磁体，使通道出口的磁分界面位形的外凸程度减小，实现对氙离子加速方向的控制，即完成会切磁场推力器羽流发散角控制。本发明适用于会切磁场推力器羽流发散角度的控制。

Description

一种控制会切磁场推力器羽流发散角度的方法
技术领域
本发明涉及一种会切磁场推力器磁分界面位形对羽流发散角度的控制方法
背景技术
会切磁场推力器是一种新型电推进装置，主要结构由筒形陶瓷放电通道、极性相反安置的环形永磁铁组成，如图1所示，其利用会切磁场束缚的电子电离惰性气体工质，形成高速定向等离子体射流，从而产生推力。相比传统电推进装置，会切磁场推力器以其推力范围广、工质污染小、效率高、壁面侵蚀小、使用寿命长等众多优势成为目前最具工程应用开发价值的电推进装置。由于电离产生的等离子体被电场加速喷出，因此聚焦后形成的高速定向等离子体射流可以提高推力，增大比冲。另外平行于轴向射出的等离子体束流可以进一步减少壁面侵蚀，从而减小能量损失，延长推力器寿命。因此，等离子体束的聚焦对电推力装置具有十分重要的作用。然而，由会切磁场推力器固有磁场位形导致的羽流发散角较大的问题，已成为目前进一步发展的最大阻碍。
发明内容
本发明为了解决会切磁场推力器羽流发散角度控制困难的问题，提出了一种控制会切磁场推力器羽流发散角度的方法。
本发明所述一种控制会切磁场推力器羽流发散角度的方法，该方法的具体步骤为：
步骤一、将一块环形羽流控制永磁体固定安装在会切磁场推力器放电通道出口最外面一块永磁体的外侧；且环形羽流控制永磁体的极性与会切磁场推力器通道出口最外面一块永磁体的极性相反；
步骤二、对会切磁场推力器阴极点火，推力器的阴极发出电子，电子在电磁场的作用下向放电通道内部运动；
步骤三、向会切磁场推力器的放电通道内通入氙气，并以步长n逐渐提高阳极电压，直至推力器点火成功；其中n为正整数，10≤n≤50，氙气原子与会切磁场推力器放电通道内的电子碰撞产生带正电的氙离子；氙离子在氙离子与电子自洽产生的电场的作用下向放电通道外喷出去，产生向内的推力；
步骤四、更换轴向长度或径向长度不同的环形羽流控制永磁体，使通道出口的磁分界面位形的外凸程度减小，根据热化电势原理，从而使通道出口处电势分布为平直等势面或内凹等势面，实现对氙离子加速方向的控制，即完成了会切磁场推力器羽流发散角度的控制。
本发明利用安置在会切磁场推力器放电通道出口处的永磁铁圆环来改变通道出口处磁分界面位形，减小其外凸程度，并结合热化电势原理，即磁力线与等电势线基本重合，从而改变通道出口处电势分布为平直或内凹等势面，进而控制离子加速方向，减小了羽流发散角度。
附图说明
图1为会切磁场推力器的结构示意图；图中1为氮化硼陶瓷筒、2为永磁体、3气体分配器、4为直流电源的阳极、
图2为本发明所述方法的会切磁场推力器的单侧示意图；5为环形羽流控制永磁体、6为发射电子的阴极；
图3为热化电势原理示意图；
图4为会切磁场位形示意图，图中，1、2、3均表示永磁体。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1、图2、图3和图4说明本实施方式，本实施方式所述的一种控制会切磁场推力器羽流发散角度的方法，该方法的具体步骤为：
步骤一、将一块环形羽流控制永磁体固定安装在会切磁场推力器放电通道出口最外面一块永磁体的外侧；且环形羽流控制永磁体的极性与会切磁场推力器通道出口最外面一块永磁体的极性相反；
步骤二、对会切磁场推力器阴极点火，推力器的阴极发出电子，电子在电磁场的作用下向放电通道内部运动；
步骤三、向会切磁场推力器的放电通道内通入氙气，并以步长n逐渐提高阳极电压，直至推力器点火成功；其中n为正整数，10≤n≤50氙气原子与会切磁场推力器放电通道内的电子碰撞产生带正电的氙离子；氙离子在氙离子与电子自洽产生的电场的作用下向放电通道外喷出去，产生向内的推力；
步骤四、更换轴向长度或径向长度不同的环形羽流控制永磁体，使通道出口的磁分界面位形的外凸程度减小，根据热化电势原理，从而使通道出口处电势分布为平直等势面或内凹等势面，实现对氙离子加速方向的控制，即完成了会切磁场推力器羽流发散角度的控制。
本实施方式通过更换轴向长度不同的环形羽流控制永磁体重新对会切磁场推力器点火，观察氙离子加速方向，实现对会切磁场推力器羽流发散角度的控制。
本实施方式根据热化电势效应，如图3所示在推力器内部，若电子在加速区满足麦克斯韦分布，则磁力线与等电势线几乎完全重合，其偏差为
其中，为某一条参考磁力线上某处的参考电势、n0为某一条参考磁力线上某处的参考电子密度；为热化电势，其为该参考磁力线上另一处的电势，ne为该处电子密度；T为电子温度；κb为波尔兹曼常数，e为基本电荷。因此，通过改变放电通道出口的会切磁场位形来改变电势分布，其原始会切磁场位形示入图4所示，进而使减小了羽流发散角。此方法已经被实验证明，控制得到的霍尔推力器羽流发散角成功减小到11°。
因为会切磁场推力器与传统霍尔推力器具有相同的推进原理，且工况类似，故也考虑应用热化电势效应改变放电通道内磁场位形，从而减小会切磁场推力器固有羽流发散角较大的设计缺陷。另外，由于会切磁场推力器相比霍尔推力器更强的磁场强度，使得磁场位形对等离子体的约束作用更加明显，因而提高了运用磁场位形设计改变减小羽流发散角的可实施性。
针对会切磁场推力器的相关实验研究表明，主要离子加速区靠近通道出口处，且由于磁场强度较大，部分离子出现磁化现象，故放电通道出口处的磁场位形是影响羽流发散角的主要因素。磁分界面指区分从不同方向回到同一磁极或从不同方向回到不同磁极的磁感线的分界曲面。结合会切磁场主要在磁分界面处束缚电子的原理，考虑改变通道出口处磁分界面位形，减小外凸程度，从而达到减小羽流发散角的目的。
具体实施方式二、本实施方式是对具体实施方式一所述的一种控制会切磁场推力器羽流发散角度的方法的进一步说明，步骤一中所述的环形羽流控制永磁体由一块轴向充磁永磁体和一块径向充磁的永磁体组合而成。
在会切磁场推力器永磁铁的上方安置一个的环形轴向永磁铁，其极性与会切磁场推力器永磁铁的极性相反，安装轴向永磁铁后的磁分界面外凸程度与没有安装轴向永磁铁磁的分界面外凸程度相比明显降低，故安置极性相反的永磁铁圆环，可有效改善出口磁分界面位形。
增大后加环形轴向永磁铁圆环的轴向长度，使磁分界面外凸程度进一步降低，然而由于永磁铁的安置，使得出口外磁场强度随之变大，导致磁化的等离子体喷出通道时会沿出口外磁感线方向运动；增大后加环形轴向永磁铁圆环的轴向长度后会进一步使磁分界面趋于平直，但同时也加大了放电通道出口外磁感线的发散程度，不利于等离子体束流的聚焦。
在后加环形轴向永磁铁外侧安置径向的环形永磁铁，由于该永磁铁极性为径向，使得通道出口外部区域由轴向永磁铁造成的磁感线发散现象明显改善，因此采用安置于出口的环形永磁铁组合，不仅明显减小了出口磁分界面外凸程度，并保持了通道外较为汇聚的磁场位形，从而很大程度上减小会切磁场推力器较大的羽流发散角。
最后调整永磁铁组合的径向与轴向长度，增大了其磁场强度，得到较平直的磁分界面位形与发散性较小的通道出口外磁感线分布。
具体实施方式三、本实施方式是对具体实施方式二所述的一种控制会切磁场推力器羽流发散角度的方法的进一步说明，径向充磁的永磁体的轴向长度小于或等于5mm。
具体实施方式四、本实施方式是对具体实施方式二所述的一种控制会切磁场推力器羽流发散角度的方法的进一步说明，轴向永磁体的轴向长度小于或等于5mm。
本发明所述方法在会切磁场推力器结构不变基础上，仅添加两个环形永磁铁，改善通道出口处磁分界面位形为较平直曲面，并且保持了出口外部较汇聚的磁场位形，从而达到解决会切磁场推力器固有羽流发散角大的缺陷，使其等离子体束流实现聚焦。
具体实施方式五、本实施方式是对具体实施方式一所述的一种控制会切磁场推力器羽流发散角度的方法的进一步说明，环形羽流控制永磁铁轴向长度为9.5mm。
本实施方式采用环形羽流控制永磁铁轴向长度为9.5mm，将永磁体置于会切磁场推力器通道出口最外面一块永磁体的外侧；羽流发散角半角至少可以减小到15度以内。
另外运用本发明所述方法改善会切磁场推力器的羽流发散角较为简单，可实现单一推力器，多磁性部件组合的方式来实验对比分析减小羽流发散角的效果。

Claims (4)

1.一种控制会切磁场推力器羽流发散角度的方法，其特征在于，该方法的具体步骤为：
步骤一、将一块环形羽流控制永磁体固定安装在会切磁场推力器放电通道出口最外面一块永磁体的外侧；且环形羽流控制永磁体的极性与会切磁场推力器通道出口最外面一块永磁体的极性相反；所述的环形羽流控制永磁体由一块轴向充磁的永磁体和一块径向充磁的永磁体组合而成；
步骤二、对会切磁场推力器阴极点火，推力器的阴极发出电子，电子在电磁场的作用下向放电通道内部运动；
步骤三、向会切磁场推力器的放电通道内通入氙气，并以步长n逐渐提高阳极电压，直至推力器点火成功；其中n为正整数，10≤n≤50氙气原子与会切磁场推力器放电通道内的电子碰撞产生带正电的氙离子；氙离子在氙离子与电子自洽产生的电场的作用下向放电通道外喷出去，产生向内的推力；
步骤四、更换轴向长度或径向长度不同的环形羽流控制永磁体，使通道出口的磁分界面位形的外凸程度减小，根据热化电势原理，从而使通道出口处电势分布为平直等势面或内凹等势面，实现对氙离子加速方向的控制，即完成了会切磁场推力器羽流发散角度的控制。
2.根据权利要求1所述的一种控制会切磁场推力器羽流发散角度的方法，其特征在于，径向充磁的永磁体的轴向长度小于或等于5mm。
3.根据权利要求1所述的一种控制会切磁场推力器羽流发散角度的方法，其特征在于，轴向永磁体的径轴向长度小于或等于5mm。
4.根据权利要求1所述的一种控制会切磁场推力器羽流发散角度的方法，其特征在于，环形羽流控制永磁铁轴向长度为9.5mm。
CN201310253490.1A 2013-06-24 2013-06-24 一种控制会切磁场推力器羽流发散角度的方法 Active CN103327721B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310253490.1A CN103327721B (zh) 2013-06-24 2013-06-24 一种控制会切磁场推力器羽流发散角度的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310253490.1A CN103327721B (zh) 2013-06-24 2013-06-24 一种控制会切磁场推力器羽流发散角度的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103327721A CN103327721A (zh) 2013-09-25
CN103327721B true CN103327721B (zh) 2016-01-27

Family

ID=49196163

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310253490.1A Active CN103327721B (zh) 2013-06-24 2013-06-24 一种控制会切磁场推力器羽流发散角度的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103327721B (zh)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103775297B (zh) * 2014-03-04 2016-06-01 哈尔滨工业大学 多级尖端会切磁场等离子体推力器分段陶瓷通道
CN104675650A (zh) * 2015-01-23 2015-06-03 哈尔滨工业大学 一种用于会切磁场等离子体推力器的空心阳极
CN105756875B (zh) * 2016-05-12 2018-06-19 哈尔滨工业大学 电离加速一体化空间碎片等离子体推进器
CN106438252B (zh) * 2016-11-29 2018-09-07 哈尔滨工业大学 推力方向可控的会切场等离子体推力器
CN109707584B (zh) * 2019-02-27 2020-06-23 哈尔滨工业大学 一种变截面通道构型的圆柱形霍尔推力器
CN109882370B (zh) * 2019-03-06 2021-07-16 哈尔滨工业大学 一种控制霍尔推力器羽流发散角的装置
CN109941461A (zh) * 2019-03-20 2019-06-28 西北工业大学 一种磁控发散角电推进器
CN112502927B (zh) * 2020-10-29 2021-09-17 中国科学院合肥物质科学研究院 一种用于超导型磁等离子体推进器的防羽流腐蚀装置
CN113606102B (zh) * 2021-06-11 2023-04-25 北京机械设备研究所 一种磁聚焦场致发射微电推进装置
CN114294192B (zh) * 2021-12-31 2023-03-28 哈尔滨工业大学 一种霍尔推力器的环形永磁铁

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998053201A1 (fr) * 1997-05-23 1998-11-26 Societe Nationale D'etude Et De Construction De Moteurs D'aviation 'snecma' Dispositif de concentration de faisceau d'ions pour propulseur a plasma et propulseur a plasma equipe d'un tel dispositif
CN1418290A (zh) * 2000-03-22 2003-05-14 塔莱斯电子设备有限公司 等离子体加速器装置
CN1606517A (zh) * 2001-06-23 2005-04-13 塔莱斯电子设备有限公司 等离子加速器装置
US8407979B1 (en) * 2007-10-29 2013-04-02 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Magnetically-conformed, variable area discharge chamber for hall thruster, and method

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130026917A1 (en) * 2011-07-29 2013-01-31 Walker Mitchell L R Ion focusing in a hall effect thruster

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998053201A1 (fr) * 1997-05-23 1998-11-26 Societe Nationale D'etude Et De Construction De Moteurs D'aviation 'snecma' Dispositif de concentration de faisceau d'ions pour propulseur a plasma et propulseur a plasma equipe d'un tel dispositif
CN1418290A (zh) * 2000-03-22 2003-05-14 塔莱斯电子设备有限公司 等离子体加速器装置
CN1606517A (zh) * 2001-06-23 2005-04-13 塔莱斯电子设备有限公司 等离子加速器装置
US8407979B1 (en) * 2007-10-29 2013-04-02 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Magnetically-conformed, variable area discharge chamber for hall thruster, and method

Also Published As

Publication number Publication date
CN103327721A (zh) 2013-09-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103327721B (zh) 一种控制会切磁场推力器羽流发散角度的方法
CN103953517B (zh) 霍尔推进器改进装置
WO2012169932A3 (ru) Способ и устройство для изменения направления заряженных частиц
CN103397991A (zh) 一种基于多级尖端会切磁场的等离子体推力器
WO2014201292A1 (en) Anode layer slit ion source
CN104583589A (zh) 离子加速器
CN106643286B (zh) 一种多极重接型电磁发射装置
CN110486243A (zh) 一种微阴极电弧推进系统
CN109236594B (zh) 一种低功率磁化电推进空心阴极推力器
CN105179191B (zh) 一种离子推力器四极环形永磁体环切场磁路结构
CN110881239B (zh) 一种引入外加磁场的多弧等离子体反应器及运行方法
CN109882370B (zh) 一种控制霍尔推力器羽流发散角的装置
US10247163B2 (en) Ignition device for internal combustion engine
CN111322214B (zh) 一种会切场低推力射频离子推力器
CN112253413A (zh) 一种电感耦合双级等离子体推力器
CN103945632B (zh) 角向速度连续可调的等离子体射流源及该射流源的使用方法
CN114753981A (zh) 一种基于环形轰击阴极的微推进器
Bizyukov et al. Hall ion source with ballistic and magnetic beam focusing
CN108317061A (zh) 一种共用磁体的离子霍尔混合推力器
US10131453B2 (en) Hall effect thruster and a space vehicle including such a thruster
RU156193U1 (ru) Индукционно-ионный двигатель
Raitses et al. Effect of magnetic shielding on plasma plume of the cylindrical Hall thrusters
Raitses et al. Effect of the magnetic field on the plasma plume of the cylindrical Hall thruster with permanent magnets
Liang et al. Effect of magnetic field configuration on discharge characteristics in permanent magnet thrusters with cusped field
CN106382195B (zh) 会切场-霍尔组合型推力器

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
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Liu Hui

Inventor after: Zhao Yinjian

Inventor after: Zhang Yanan

Inventor after: Ma Chengyu

Inventor after: Chen Pengbo

Inventor after: Sun Guoshun

Inventor after: Yu Daren

Inventor before: Zhao Yinjian

Inventor before: Zhang Yanan

Inventor before: Liu Hui

Inventor before: Ma Chengyu

Inventor before: Chen Pengbo

Inventor before: Sun Guoshun

Inventor before: Yu Daren

COR Change of bibliographic data