CN103775297A - 多级尖端会切磁场等离子体推力器分段陶瓷通道 - Google Patents

多级尖端会切磁场等离子体推力器分段陶瓷通道 Download PDF

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Abstract

多级尖端会切磁场等离子体推力器分段陶瓷通道，涉及等离子推进领域。它是为了解决多级尖端会切磁场等离子体推力器出口区羽流震荡，羽流发散角较大，陶瓷通道壁面温度过高，电离率较的问题。本发明陶瓷通道前段为挡板式结构，减小电子对推力器前端面腐蚀，同时与出口永磁铁构成磁回路，具有一定屏蔽作用，减小出口羽流区的磁场强度，电子更容易进入通道进行电离，电势降集中在出口磁分界面，减小羽流发散角；中段氮化硼陶瓷具有较低二次电子发射系数，电子温度较高，电离率较高；近阳极区后段隔热陶瓷减少了通道对阳极热量吸收，阳极热量通过阳极底面导热散出，减少了对永磁铁的散热，避免永磁铁因温度过高而退磁。本发明适用于等离子推进领域。

Description

多级尖端会切磁场等离子体推力器分段陶瓷通道
技术领域
本发明涉及等离子推进领域。
背景技术
电推进具有比冲高、寿命长、结构紧凑、体积小何污染轻等优点，因此逐渐受到航天界的注意和青睐。其中多级尖端会切磁场等离子体推力器作为一种新型的等离子体推力器，多级永磁铁包围环形通道，相邻磁铁极性相反放置形成会切磁场，以磁镜效应约束电子。这种推力器具有推力和比冲范围宽，功率密度高，寿命长等优点。
但是该种类型推力器出口羽流区磁场强度过大，当地阻抗造成额外电势降，离子在此区域加速具有较大的羽流发散角；严重时影响电子进入通道进行电离，造成电离率下降，甚至引起振荡；同时出口端面受电子腐蚀比较严重。
高功率特性导致推力器阳极温度较高，热量通过辐射方式传到陶瓷通道，进一步传给永磁铁，永磁铁磁性受温度影响较大，温度过高导致磁性下降甚至永久退磁。
发明内容
本发明是为了解决多级尖端会切磁场等离子体推力器出口区羽流震荡,羽流发散角较大，陶瓷通道壁面温度过高,电离率较低的问题，进而提供了一种多级尖端会切磁场等离子体推力器分段陶瓷通道。
多级尖端会切磁场等离子体推力器分段陶瓷通道，它包括放电回路和分段陶瓷管道；
所述放电回路包括阳极1、电源2和空心阴极3，空心阴极3的接线端子与电源2的负极端相连接，阳极1的接线端子与电源2的正极端相连接；
分段陶瓷管道包括基本磁场和陶瓷通道；
所述基本磁场包括第一永磁铁4、两个导磁环5、第二永磁铁6和第三永磁铁7，第一永磁铁4的N极端与第二永磁铁6的N极端之间通过一个导磁环5固定连接，第二永磁铁6的S极端与第三永磁铁7的S极端之间通过另一个导磁环5固定连接；
所述陶瓷通道包括陶瓷挡板8、第一陶瓷筒9和第二陶瓷筒10，陶瓷挡板8的末端与第一陶瓷筒9的一端通过机械挤压连接，第一陶瓷筒9的另一端与第二陶瓷筒10的一端通过机械挤压连接，第二陶瓷筒10的底部开有工质射流孔11；
第一永磁铁4的S极端固定连接在陶瓷挡板8的边缘底部，阳极1固定连接在分段陶瓷管道内部第二陶瓷筒10的侧面。
本发明的有益效果是：一.减小羽流发散角：电势降落主要集中在出口磁分界面处，离子在此电势场中加速，可以获得较小羽流发散角，较以前设计减小了10度，间接增大了有效推力。
二.减小振荡：出口羽流区磁场强度减小，从阴极发射出的电子不需横越较强磁场，有效减小振荡情况，同比减小了10%，推力器工作更加稳定。
三.提高电离率:中段陶瓷二次电子发射系数较低，电子温度升高，电离率提高5%。
四.永磁铁温度保护：通过减小陶瓷壁面吸收的热量，降低陶瓷通道温度，有效降低永磁铁温度50度，避免温度过高引起磁铁磁性下降。
五.减小端面腐蚀：陶瓷挡板的耐腐蚀性减轻了出口端面的腐蚀情况。
附图说明
图1为多级尖端会切磁场等离子体推力器分段陶瓷通道的整体结构图；
图2为分段陶瓷管道的立体图；
图3为分段陶瓷管道的侧视剖面图；
图4为分段陶瓷管道的正视图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述的多级尖端会切磁场等离子体推力器分段陶瓷通道，它包括放电回路和分段陶瓷管道；
所述放电回路包括阳极1、电源2和空心阴极3，空心阴极3的接线端子与电源2的负极端相连接，阳极1的接线端子与电源2的正极端相连接；
分段陶瓷管道包括基本磁场和陶瓷通道；
所述基本磁场包括第一永磁铁4、两个导磁环5、第二永磁铁6和第三永磁铁7，第一永磁铁4的N极端与第二永磁铁6的N极端之间通过一个导磁环5固定连接，第二永磁铁6的S极端与第三永磁铁7的S极端之间通过另一个导磁环5固定连接；
所述陶瓷通道包括陶瓷挡板8、第一陶瓷筒9和第二陶瓷筒10，陶瓷挡板8的末端与第一陶瓷筒9的一端通过机械挤压连接，第一陶瓷筒9的另一端与第二陶瓷筒10的一端通过机械挤压连接，第二陶瓷筒10的底部开有工质射流孔11；
第一永磁铁4的S极端固定连接在陶瓷挡板8的边缘底部，阳极1固定连接在分段陶瓷管道内部第二陶瓷筒10的侧面。
本实施方式中，陶瓷挡板8与第一永磁铁4构成磁回路，大大减弱了出口羽流区的磁场强度，当地阻抗减小，从空心阴极3发射出的电子更容易进入通道中进行电离，且陶瓷挡板8能保护推力器免受阴极电子腐蚀；主要电势降集中在第一永磁铁4与第二永磁铁6间磁分界面处，离子在此加速可以获得更小的羽流发散角；第二陶瓷筒10能很好隔绝陶瓷通道对阳极1热量的吸收，避免永磁铁温度过高。
具体实施方式二：本实施方式对具体实施方式一所述的多级尖端会切磁场等离子体推力器分段陶瓷通道的进一步限定，本实施方式中，所述陶瓷挡板8为氧化镁材料制成。
具体实施方式三：本实施方式对具体实施方式一所述的多级尖端会切磁场等离子体推力器分段陶瓷通道的进一步限定，本实施方式中，所述第一陶瓷筒9为氮化硼材料制成。
具体实施方式四：本实施方式对具体实施方式一所述的多级尖端会切磁场等离子体推力器分段陶瓷通道的进一步限定，本实施方式中，所述陶瓷通道的轴向长度大于或等于基本磁场的轴向长度。
具体实施方式五：本实施方式对具体实施方式一所述的多级尖端会切磁场等离子体推力器分段陶瓷通道的进一步限定，本实施方式中，所述第二陶瓷筒10的轴向长度小于或等于陶瓷通道的轴向长度的三分之一。
工作原理：
本发明所述陶瓷通道影响机制如下，陶瓷通道前段为高导磁率材料，挡板式结构，减小电子对推力器前端面腐蚀，同时与出口永磁铁构成磁回路，具有一定屏蔽作用，有效减小出口羽流区的磁场强度，电子更容易进入通道进行电离，且主要电势降集中在出口磁分界面，有效减小羽流发散角；中段氮化硼陶瓷具有较低二次电子发射系数，电子温度较高，电离率较高；近阳极区后段隔热陶瓷减少了通道对阳极热量吸收，阳极热量大部分通过阳极底面导热散出，通道温度较低，减少了对永磁铁的散热，避免永磁铁因温度过高而退磁。

Claims (5)

1.多级尖端会切磁场等离子体推力器分段陶瓷通道，其特征在于：它包括放电回路和分段陶瓷管道；
所述放电回路包括阳极（1）、电源（2）和空心阴极（3），空心阴极（3）的接线端子与电源（2）的负极端相连接，阳极（1）的接线端子与电源（2）的正极端相连接；
分段陶瓷管道包括基本磁场和陶瓷通道；
所述基本磁场包括第一永磁铁（4）、两个导磁环（5）、第二永磁铁（6）和第三永磁铁（7），第一永磁铁（4）的N极端与第二永磁铁（6）的N极端之间通过一个导磁环（5）固定连接，第二永磁铁（6）的S极端与第三永磁铁（7）的S极端之间通过另一个导磁环（5）固定连接；
所述陶瓷通道包括陶瓷挡板（8）、第一陶瓷筒（9）和第二陶瓷筒（10），陶瓷挡板（8）的末端与第一陶瓷筒（9）的一端通过机械挤压连接，第一陶瓷筒（9）的另一端与第二陶瓷筒（10）的一端通过机械挤压连接，第二陶瓷筒（10）的底部开有工质射流孔（11）；
第一永磁铁（4）的S极端固定连接在陶瓷挡板（8）的边缘底部，阳极（1）固定连接在分段陶瓷管道内部第二陶瓷筒（10）的侧面。
2.根据权利要求1所述的多级尖端会切磁场等离子体推力器分段陶瓷通道，其特征在于：所述陶瓷挡板（8）为氧化镁材料制成。
3.根据权利要求1所述的多级尖端会切磁场等离子体推力器分段陶瓷通道，其特征在于：所述第一陶瓷筒（9）为氮化硼材料制成。
4.根据权利要求1所述的多级尖端会切磁场等离子体推力器分段陶瓷通道，其特征在于：所述陶瓷通道的轴向长度大于或等于基本磁场的轴向长度。
5.根据权利要求1所述的多级尖端会切磁场等离子体推力器分段陶瓷通道，其特征在于：所述第二陶瓷筒（10）的轴向长度小于或等于陶瓷通道的轴向长度的三分之一。
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