CN103953517A - 霍尔推进器改进装置 - Google Patents
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Abstract
霍尔推进器改进装置，属于霍尔推力器领域。解决了现有霍尔推力器对其产生等离子体的出射速度方向(羽流发散角)无法调节的问题。它包括套筒、1号放电电源、1号阴极，1号放电电源的正极通过导磁体与套筒连接，1号阴极位于套筒的出口处；它还包括磁场聚焦线圈、磁场发散线圈、2号阴极和2号放电电源，套筒沿轴向方向分为两段，分别为第一段和第二段，且第一段和第二段之间设置有环形绝缘体，环形绝缘体的侧壁上设有通孔，2号阴极嵌入在该通孔内，2号放电电源串联在1号阴极与1号放电电源的负极之间，且2号阴极与1号放电电源负极连接，磁场聚焦线圈缠绕在第一段套筒外侧壁上，磁场发散线圈缠绕在第二段套筒的外侧壁上。主要用在航天领域。
Description
技术领域
本发明属于霍尔推力器领域。
背景技术
霍尔推力器是利用电磁场作用来实现工质电离与离子加速的等离子体射流源。它是一种为航天器在轨运行提供微小推力的动力装置，具有高效率、高比冲以及高可靠性等优点,广泛地应用于航天器轨道的提升、位置保持、姿态控制等推进任务。近年来，随着大型卫星平台建设、微小卫星组网、深空探测等航天技术的不断发展，相应地对霍尔推力器的性能也提出了更高的要求，推动了其技术发展。霍尔推力器依靠磁场抑制电子轴向输运以建立强电场，从而实现等离子体束流加速，因而磁场是影响推力器放电特性及性能水平的关键因素之一，也是推力器性能优化的重要设计自由度。现有霍尔推进器轴向截面的结构，具体参见图1，现有霍尔推进器的粒子出射方向，具体参见图4。
理想的霍尔推进器应该具有以下几个特点：
1、由于等离子体中，物质以电子和离子的形式存在，因此作用环境需一定程度上真空，即装置内部的气压应足够低；
2、理论上进入电磁场的电子要尽量少(但不能没有，否则就无法与中性气体发生碰撞)，只有这样，才能减少对放电电源电能的消耗。
3、要将电磁场的宽度限定在一定的范围内，便于设计和实际应用。
4、尽量使粒子的出射速度与飞行器的运动方向正好相反，这样可以进一步提高霍尔推力器的比冲。
理想的霍尔推进器霍尔推力器的粒子出射方向，具体参见图5。
我们都知道，只有当粒子的出射速度与航天器的运动方向相反时，才能提供最大的推力。当粒子速度与航天器呈一定角度是，其所能提供的推力就会打折扣，那么，为了对霍尔推力器的粒子出射角进行控制，采用磁通密度连续可调的均匀径向磁场产生装置，对现有霍尔推力器进行改进刻不容缓。
发明内容
本发明是为了解决现有霍尔推力器对其产生等离子体的出射速度方向(羽流发散角)无法调节的问题，本发明提供了一种霍尔推进器改进装置。
霍尔推进器改进装置，它包括套筒、1号放电电源和1号阴极，所述的1号放电电源的正极通过导磁体与套筒连接，1号阴极位于套筒的出口处；
它还包括磁场聚焦线圈、磁场发散线圈、2号阴极和2号放电电源，
所述的套筒沿轴向方向分为两段，分别为第一段和第二段，且第一段和第二段之间设置有环形绝缘体，所述的环形绝缘体的侧壁上设有通孔，2号阴极嵌入在该通孔内，2号放电电源串联在1号阴极与1号放电电源的负极之间，且2号阴极与1号放电电源的负极连接，
所述的磁场聚焦线圈缠绕在第一段套筒的外侧壁上，磁场发散线圈缠绕在第二段套筒的外侧壁上。
本发明中，套筒的第一段和第二段电磁场区域内的电场分别可通过2号放电电源和1号放电电源来调节。本发明中有两个阴极，可以分别控制电子电流，提高效率；电磁场分为了两个区域，通过绝缘体将其连接在一起，并且可以独立控制，以更好地实现粒子的聚焦和发散；1号放电电源控制电离，实现高电离率；2号放电电源用以实现比冲大范围变化；电离和加速分别控制，可适用于更广泛的工质。
本发明的优点是结构简单，通过采用磁通密度连续可调的均匀径向磁场产生装置磁场聚焦线圈和磁场发散线圈来调节等离子体的出射速度方向，粒子的出射速度方向是大致沿一个方向的，同时能在现有的霍尔推进器基础上，进一步提高霍尔推进器的效率，且磁场变化情况可根据具体的装置进行进一步调节，同时还可以节省原料，减轻飞行器携带气体原料的压力。不仅如此，通过改进，我们还可以提高推力器的稳定器，因为在改进后，粒子的出射速度方向是大致沿一个方向的。
附图说明
图1为现有霍尔推进器轴向截面的结构示意图；E表示电场，B表示磁场；
图2为本发明所述的霍尔推进器改进装置的轴向截面的结构示意图，附图标记1表示内励磁线圈；附图标记A表示离子，附图标记C表示电子；
图3为电子在本发明所述的霍尔推进器改进装置产生的磁场中的运动轨迹示意图；
图4为现有霍尔推进器的粒子出射方向示意图；
图5为理想霍尔推力器的粒子出射方向示意图；
图6为离子在本发明所述的霍尔推进器改进装置所产生的磁场中的运动轨迹示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：参见图2说明本实施方式，本实施方式所述的霍尔推进器改进装置，它包括套筒6、1号放电电源3和1号阴极4-1，所述的1号放电电源3的正极通过导磁体与套筒6连接，1号阴极4-1位于套筒6的出口处；
它还包括磁场聚焦线圈2-1、磁场发散线圈2-2、2号阴极4-2和2号放电电源8，
所述的套筒6沿轴向方向分为两段，分别为第一段6-1和第二段6-2，且第一段6-1和第二段6-2之间设置有环形绝缘体5，所述的环形绝缘体5的侧壁上设有通孔7，2号阴极4-2嵌入在该通孔7内，2号放电电源8串联在1号阴极4-1与1号放电电源3的负极之间，且2号阴极4-2与1号放电电源3的负极连接，
所述的磁场聚焦线圈2-1缠绕在第一段套筒的外侧壁上，磁场发散线圈2-2缠绕在第二段套筒的外侧壁上。
本实施方式中，本发明所述的霍尔推进器改进装置在具体应用过程中，1号阴极4-1和2号阴极4-2为电子产生装置，1号阴极4-1和2号阴极4-2产生电子的运动方向是不确定的，少量的电子就会进入电磁场中，在电场的作用下，电子将会以极快的速度从右向左运动(即从套筒6出口处向套筒6内部运动)，但又因为有内励磁线圈1与磁场聚焦线圈2-1和磁场发散线圈2-2产生磁场的存在，就会改变电子的运动方向，但不会改变速度的大小，其产生的结果就是电子会螺旋式的向左运动(即从套筒6出口处向套筒6内部运动)，具体参见图3，这样不仅增加了电子在电磁场的运动时间，同时也大大增加了电子与中性气体的碰撞几率。
碰撞后产生的二次电子又会与其他的原子发生碰撞，这样产生的离子在电场力的作用下，就会向右运动(即从从套筒6内部向套筒6出口处运动)，但为了控制霍尔推力器的羽流发散角，我们采用磁通密度连续可调的均匀径向磁场产生装置磁场聚焦线圈2-1和磁场发散线圈2-2，通过将电磁场分为两部分，改变磁场的变化情况，先使速度方向不同的离子先聚焦，然后再将其统一发散，从而使离子出射速度大致与飞行器运动方向在同一条直线上，具体参见图6，这样粒子对飞行器的推力是最大的，其中，磁场聚焦线圈2-1用于使离子聚焦，磁场发散线圈2-2用于使离子发散。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一所述的霍尔推进器改进装置的区别在于，所述的通孔7为圆形通孔。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二所述的霍尔推进器改进装置的区别在于，所述的1号放电电源3用于实现气体电离。
本实施方式中，1号放电电源3控制电离，实现高电离率。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一或二所述的霍尔推进器改进装置的区别在于，所述的2号放电电源8用于实现离子加速。
本实施方式中，2号放电电源8用以实现比冲大范围变化。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一或二所述的霍尔推进器改进装置的区别在于，所述的1号阴极4-1和2号阴极4-2以交替工作的方式进行工作。
Claims (5)
1.霍尔推进器改进装置，它包括套筒(6)、1号放电电源(3)和1号阴极(4-1)，所述的1号放电电源(3)的正极通过导磁体与套筒(6)连接，1号阴极(4-1)位于套筒(6)的出口处；
其特征在于，它还包括磁场聚焦线圈(2-1)、磁场发散线圈(2-2)、2号阴极(4-2)和2号放电电源(8)，
所述的套筒(6)沿轴向方向分为两段，分别为第一段(6-1)和第二段(6-2)，且第一段(6-1)和第二段(6-2)之间设置有环形绝缘体(5)，所述的环形绝缘体(5)的侧壁上设有通孔(7)，2号阴极(4-2)嵌入在该通孔(7)内，2号放电电源(8)串联在1号阴极(4-1)与1号放电电源(3)的负极之间，且2号阴极(4-2)与1号放电电源(3)的负极连接，
所述的磁场聚焦线圈(2-1)缠绕在第一段套筒的外侧壁上，磁场发散线圈(2-2)缠绕在第二段套筒的外侧壁上。
2.根据权利要求1所述的霍尔推进器改进装置，其特征在于，所述的通孔(7)为圆形通孔。
3.根据权利要求1或2所述的霍尔推进器改进装置，其特征在于，所述的1号放电电源(3)用于实现气体电离。
4.根据权利要求1或2所述的霍尔推进器改进装置，其特征在于，所述的2号放电电源(8)用于实现离子加速。
5.根据权利要求1或2所述的霍尔推进器改进装置，其特征在于，所述的1号阴极(4-1)和2号阴极(4-2)以交替工作的方式进行工作。
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Granted publication date: 20160831 Termination date: 20170513 |