CN103953518B - 一种多级会切磁场等离子体推力器的阳极 - Google Patents
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Abstract
一种多级会切磁场等离子体推力器的阳极，它涉及一种多级会切磁场等离子体推力器的阳极。本发明是要解决现有多级会切磁场等离子体推力器的阳极温度较高，导致发动机通道内壁和阳极受热短时间内急剧增强，热量传导至永磁铁部位严重影响了永磁体的磁性，且阳极的气体密封与绝缘难以处理的问题。一种多级会切磁场等离子体推力器的阳极，它包括阳极板、阳极头、陶瓷腔体、绝缘板、散热器、阳极进气管和垫片。本发明一种多级会切磁场等离子体推力器的阳极用于多级会切磁场等离子体推力器。
Description
技术领域
本发明涉及一种多级会切磁场等离子体推力器的阳极。
背景技术
多级会切磁场等离子体推力器是以霍尔推力器为基础的目前国际涌现出的一类新型电推进概念。推力器放电通道壁面一般由陶瓷组成，由多级永磁铁包围，相邻的两个永磁铁极性相反。在通道的上游布置了阳极。工质通过供气管路喷入放电通道。在推力器出口外，安置了空心阴极，用于电离中性气体并中和通道喷出的离子。电子会通过碰撞产生传导向阳极运动，并进入上一级，那里有更高的电压和氙原子密度。最终电子到达阳极表面，形成放电回路，同时生成大量的热，而阳极体积较小，导致阳极产生热量积累，温度升高。这些热量如果不能及时传导至外太空，则永磁铁部位温度将升高，严重影响了永磁体的磁性，导致推力器失效。
发明内容
本发明是要解决现有多级会切磁场等离子体推力器的阳极温度较高，导致发动机通道内壁和阳极受热短时间内急剧增强，热量传导至永磁铁部位严重影响了永磁体的磁性，且阳极的气体密封与绝缘难以处理的问题，而提供一种多级会切磁场等离子体推力器的阳极。
本发明一种多级会切磁场等离子体推力器的阳极，它包括阳极板、阳极头、陶瓷腔体、绝缘板、散热器、阳极进气管和垫片；所述陶瓷腔体为两段阶梯式圆筒形整体结构，所述陶瓷腔体的前段端面中心孔的直径R1小于所述陶瓷腔体的后段端面中心孔的直径R2；所述阳极头是由多个圆柱形阳极头组合而成的圆柱体，在阳极头的中心开有通气孔且在其内部开有沿圆柱面圆周分布的螺栓连接孔；所述阳极板为两段整体式结构，所述阳极板的前段为与阳极头底面面积相同的圆柱体，所述阳极板的前段是底面直径为R3的圆柱体，所述阳极板的后段是底面直径为R4的圆柱体，所述阳极板的前段的底面直径R3小于所述阳极板的后段的底面直径R4，所述阳极板与所述陶瓷腔体同轴且所述阳极板的后段的底面直径R4小于或等于所述陶瓷腔体的后段端面中心孔的直径R2；所述阳极板的中心开有通气孔且在其内部开有沿所述阳极板的前段端面圆周分布的螺栓连接孔，阳极连接螺栓穿过所述阳极头内的螺栓连接孔和所述阳极板内的螺栓连接孔，将阳极板与阳极头连接；所述绝缘板为两段整体式结构，所述绝缘板的前段端面直径R5小于所述绝缘板的后段端面直径R6，所述绝缘板的前段端面直径R5小于或等于所述陶瓷腔体的后段端面中心孔的直径R2，所述绝缘板前段端面与阳极板的后段端面紧密接触嵌入在陶瓷腔体的后段，在所述绝缘板的前段和所述绝缘板的后段的中心均开有通孔且绝缘板的前段的通孔的直径大于绝缘板的后段的通孔的直径；所述阳极板的轴向厚度为X，所述绝缘板前段的轴向长度为Y1，所述绝缘板后段的轴向长度为Y2，所述陶瓷腔体的后段的轴向长度为Z1，所述陶瓷腔体的前段的轴向长度为Z2，且X与Y1的和大于Z1；所述阳极进气管固定在所述阳极头的通气孔中，所述阳极进气管的引出端依次穿过阳极板的通孔、绝缘板前段的通孔和绝缘板后段的通孔引出到绝缘板外侧，所述阳极进气管的引出端与绝缘板之间设置有垫片；所述散热器通过螺杆固定在陶瓷腔体后段外表面，所述散热器的内径与陶瓷腔体后段的外径相同，两者滑动配合，所述散热器的轴向长度为X。
本发明的有益效果是：
本发明可以有效降低阳极表面温度，加快热量向外太空辐射的速度，同时保证阳极的密封及绝缘性，从而保证发动机温度可靠性；背部阳极板大面积的热辐射材料、高热传导率的阳极头和透明材料的绝缘板的使用，增强了阳极散热，保证了多级会切磁场等离子体推力器的阳极工作的可靠性，实现了多级会切磁场等离子体发动机的安全、稳定和长寿命工作；绝缘板对阳极石墨施加压力实现自密封，防止气体泄漏，保证了推力器的工作效率和工作稳定性，绝缘板的使用减少了密封和绝缘的工作难度；通过不同阳极头的合理搭配来适应于不同的磁场位形；采用模块化设计，可以在探究阳极形状及阳极位置对推力器性能参数影响规律的实验过程中节约大量材料，减少阳极加工时间。
附图说明
图1为本发明所述的一种多级会切磁场等离子体推力器的阳极的剖面示意图；
图2为本发明所述的一种多级会切磁场等离子体推力器的阳极的外形示意图；
图3为本发明所述的一种多级会切磁场等离子体推力器的阳极的绝缘板的外形示意图；
图4为本发明所述的一种多级会切磁场等离子体推力器的阳极的绝缘板的主视图；
图5为本发明所述的一种多级会切磁场等离子体推力器的阳极的绝缘板的剖面图；
图6为本发明所述的一种多级会切磁场等离子体推力器的阳极的阳极板的左视图；
图7为本发明所述的一种多级会切磁场等离子体推力器的阳极的阳极板的A-A向剖视图；
图8为本发明所述的一种多级会切磁场等离子体推力器的阳极的阳极头的主视图；
图9为本发明所述的一种多级会切磁场等离子体推力器的阳极的阳极头的左视图；
图10为本发明所述的一种多级会切磁场等离子体推力器的阳极的阳极进气管的外形图；
图11为本发明所述的一种多级会切磁场等离子体推力器的阳极的阳极进气管的剖面图；
图12为本发明所述的一种多级会切磁场等离子体推力器的阳极的陶瓷腔体的剖面图；
图13为本发明所述的一种多级会切磁场等离子体推力器的阳极的陶瓷腔体的左视图。
具体实施方式
具体实施方式一：如图1～图13所示，本实施方式一种多级会切磁场等离子体推力器的阳极，它包括阳极板1、阳极头2、陶瓷腔体3、绝缘板4、散热器5、阳极进气管6和垫片7；所述陶瓷腔体3为两段阶梯式圆筒形整体结构，所述陶瓷腔体3的前段端面中心孔的直径R1小于所述陶瓷腔体3的后段端面中心孔的直径R2；所述阳极头2是由多个圆柱形阳极头组合而成的圆柱体，在阳极头2的中心开有通气孔且在其内部开有沿圆柱面圆周分布的螺栓连接孔；所述阳极板1为两段整体式结构，所述阳极板1的前段为与阳极头2底面面积相同的圆柱体，所述阳极板1的前段是底面直径为R3的圆柱体，所述阳极板1的后段是底面直径为R4的圆柱体，所述阳极板1的前段的底面直径R3小于所述阳极板1的后段的底面直径R4，所述阳极板1与所述陶瓷腔体3同轴且所述阳极板1的后段的底面直径R4小于或等于所述陶瓷腔体3的后段端面中心孔的直径R2；所述阳极板1的中心开有通气孔且在其内部开有沿所述阳极板1的前段端面圆周分布的螺栓连接孔，阳极连接螺栓穿过所述阳极头2内的螺栓连接孔和所述阳极板1内的螺栓连接孔，将阳极板1与阳极头2连接；所述绝缘板4为两段整体式结构，所述绝缘板4的前段端面直径R5小于所述绝缘板4的后段端面直径R6，所述绝缘板4的前段端面直径R5小于或等于所述陶瓷腔体3的后段端面中心孔的直径R2，所述绝缘板4前段端面与阳极板1的后段端面紧密接触嵌入在陶瓷腔体3的后段，在所述绝缘板4的前段和所述绝缘板4的后段的中心均开有通孔且绝缘板4的前段的通孔的直径大于绝缘板4的后段的通孔的直径；所述阳极板1的轴向厚度为X，所述绝缘板4前段的轴向长度为Y1，所述绝缘板4后段的轴向长度为Y2，所述陶瓷腔体3的后段的轴向长度为Z1，所述陶瓷腔体3的前段的轴向长度为Z2，且X与Y1的和大于Z1；所述阳极进气管6固定在所述阳极头2的通气孔中，所述阳极进气管6的引出端依次穿过阳极板1的通孔、绝缘板4前段的通孔和绝缘板4后段的通孔引出到绝缘板4外侧，所述阳极进气管6的引出端与绝缘板4之间设置有垫片5；所述散热器5通过螺杆固定在陶瓷腔体3后段外表面，所述散热器5的内径与陶瓷腔体3后段的外径相同，两者滑动配合，所述散热器5的轴向长度为X。
本实施方式通过对不同数量不同尺寸的阳极头进行合理组合，可以得到适应不同磁场位形的阳极结构。
本实施方式可以有效降低阳极表面温度，加快热量向外太空辐射的速度，同时保证阳极的密封及绝缘性，从而保证发动机温度可靠性；背部阳极板大面积的热辐射材料、高热传导率的阳极头和透明材料的绝缘板的使用，增强了阳极散热，保证了多级会切磁场等离子体推力器的阳极工作的可靠性，实现了多级会切磁场等离子体发动机的安全、稳定和长寿命工作；绝缘板对阳极石墨施加压力实现自密封，防止气体泄漏，保证了推力器的工作效率和工作稳定性，绝缘板的使用减少了密封和绝缘的工作难度；通过不同阳极头的合理搭配来适应于不同的磁场位形；采用模块化设计，可以在探究阳极形状及阳极位置对推力器性能参数影响规律的实验过程中节约大量材料，减少阳极加工时间。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述阳极板1的轴向厚度X的范围是6mm≤X＜10mm，所述阳极板1的前段的底面直径R3的范围是5mm≤R3≤16mm，所述阳极板1的后段的底面直径R4的范围是65mm≤R4＜80mm。所述其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述陶瓷腔体3的前段壁厚与陶瓷腔体3的后段壁厚相同，所述陶瓷腔体3的前段与陶瓷腔体3的后段的过渡处壁厚大于陶瓷腔体3的前段壁厚，陶瓷腔体3的前段的内径小于陶瓷腔体3的后段的内径。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三不同的是：所述陶瓷腔体3的前段壁厚与陶瓷腔体3的后段壁厚为K，且1.5mm＜K＜2.5mm；所述陶瓷腔体3的前段与陶瓷腔体3的后段的过渡处壁厚为M，且4.5mm＜M＜6.5mm。其他与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述陶瓷腔体3的前段端面中心孔的直径R1的范围是20mm≤R1＜40mm。其他与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：所述陶瓷腔体3的后段端面中心孔的直径R2的范围是70mm≤R2＜80mm。其他与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六不同的是：所述绝缘板4的前段和所述陶瓷腔体后段均设置有阳极电源接线用的间隙。其他与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七不同的是：所述绝缘板4前段的轴向长度为Y1的范围是7mm≤Y1≤11mm，所述绝缘板4后段的轴向长度为Y2的范围是Y2≥10mm2，所述绝缘板4的前段端面直径R5的范围是65mm≤R5≤80mm，所述绝缘板4的后段端面直径R6的范围是80mm≤R6＜95mm。其他与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八不同的是：所述阳极板1和阳极头2由石墨制成。其他与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九不同的是：所述陶瓷腔体3由碳化硼制成。其他与具体实施方式一至九之一相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一至十不同的是：所述绝缘板4由耐高温玻璃制成。其他与具体实施方式一至十之一相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一至十一不同的是：所述阳极进气管6由不锈钢制成。其他与具体实施方式一至十一之一相同。
Claims (10)
1.一种多级会切磁场等离子体推力器的阳极，其特征在于所述多级会切磁场等离子体推力器的阳极包括阳极板(1)、阳极头(2)、陶瓷腔体(3)、绝缘板(4)、散热器(5)、阳极进气管(6)和垫片(7)；所述陶瓷腔体(3)为两段阶梯式圆筒形整体结构，所述陶瓷腔体(3)的前段端面中心孔的直径R1小于所述陶瓷腔体(3)的后段端面中心孔的直径R2；所述阳极头(2)是由多个圆柱形阳极头组合而成的圆柱体，在阳极头(2)的中心开有通气孔且在其内部开有沿圆柱面圆周分布的螺栓连接孔；所述阳极板(1)为两段整体式结构，所述阳极板(1)的前段为与阳极头(2)底面面积相同的圆柱体，所述阳极板(1)的前段是底面直径为R3的圆柱体，所述阳极板(1)的后段是底面直径为R4的圆柱体，所述阳极板(1)的前段的底面直径R3小于所述阳极板(1)的后段的底面直径R4，所述阳极板(1)与所述陶瓷腔体(3)同轴且所述阳极板(1)的后段的底面直径R4小于或等于所述陶瓷腔体(3)的后段端面中心孔的直径R2；所述阳极板(1)的中心开有通气孔且在其内部开有沿所述阳极板(1)的前段端面圆周分布的螺栓连接孔，阳极连接螺栓穿过所述阳极头(2)内的螺栓连接孔和所述阳极板(1)内的螺栓连接孔，将阳极板(1)与阳极头(2)连接；所述绝缘板(4)为两段整体式结构，所述绝缘板(4)的前段端面直径R5小于所述绝缘板(4)的后段端面直径R6，所述绝缘板(4)的前段端面直径R5小于或等于所述陶瓷腔体(3)的后段端面中心孔的直径R2，所述绝缘板(4)前段端面与阳极板(1)的后段端面紧密接触嵌入在陶瓷腔体(3)的后段，在所述绝缘板(4)的前段和所述绝缘板(4)的后段的中心均开有通孔且绝缘板(4)的前段的通孔的直径大于绝缘板(4)的后段的通孔的直径；所述阳极板(1)的轴向厚度为X，所述绝缘板(4)前段的轴向长度为Y1，所述绝缘板(4)后段的轴向长度为Y2，所述陶瓷腔体(3)的后段的轴向长度为Z1，所述陶瓷腔体(3)的前段的轴向长度为Z2，且X与Y1的和大于Z1；所述阳极进气管(6)固定在所述阳极头(2)的通气孔中，所述阳极进气管(6)的引出端依次穿过阳极板(1)的通孔、绝缘板(4)前段的通孔和绝缘板(4)后段的通孔引出到绝缘板(4)外侧，所述阳极进气管(6)的引出端与绝缘板(4)之间设置有垫片(7)；所述散热器(5)通过螺杆固定在陶瓷腔体(3)后段外表面，所述散热器(5)的内径与陶瓷腔体(3)后段的外径相同，两者滑动配合，所述散热器(5)的轴向长度为X。
2.根据权利要求1所述的一种多级会切磁场等离子体推力器的阳极，其特征在于所述阳极板(1)的轴向厚度X的范围是6mm≤X＜10mm，所述阳极板(1)的前段的底面直径R3的范围是5mm≤R3≤16mm，所述阳极板(1)的后段的底面直径R4的范围是65mm≤R4＜80mm。
3.根据权利要求1所述的一种多级会切磁场等离子体推力器的阳极，其特征在于所述陶瓷腔体(3)的前段壁厚与陶瓷腔体(3)的后段壁厚相同，所述陶瓷腔体(3)的前段与陶瓷腔体(3)的后段的过渡处壁厚大于陶瓷腔体(3)的前段壁厚，陶瓷腔体(3)的前段的内径小于陶瓷腔体(3)的后段的内径。
4.根据权利要求1所述的一种多级会切磁场等离子体推力器的阳极，其特征在于所述陶瓷腔体(3)的前段壁厚与陶瓷腔体(3)的后段壁厚为K，且1.5mm＜K＜2.5mm；所述陶瓷腔体(3)的前段与陶瓷腔体(3)的后段的过渡处壁厚为M，且4.5mm＜M＜6.5mm。
5.根据权利要求1所述的一种多级会切磁场等离子体推力器的阳极，其特征在于所述陶瓷腔体(3)的前段端面中心孔的直径R1的范围是20mm≤R1＜40mm。
6.根据权利要求1所述的一种多级会切磁场等离子体推力器的阳极，其特征在于所述陶瓷腔体(3)的后段端面中心孔的直径R2的范围是70mm≤R2＜80mm。
7.根据权利要求1所述的一种多级会切磁场等离子体推力器的阳极，其特征在于所述绝缘板(4)前段的轴向长度为Y1的范围是7mm≤Y1≤11mm，所述绝缘板(4)后段的轴向长度为Y2的范围是Y2≥10mm，所述绝缘板(4)的前段端面直径R5的范围是65mm≤R5≤80mm，所述绝缘板(4)的后段端面直径R6的范围是80mm≤R6＜95mm。
8.根据权利要求1所述的一种多级会切磁场等离子体推力器的阳极，其特征在于所述阳极板(1)和阳极头(2)由石墨制成。
9.根据权利要求1所述的一种多级会切磁场等离子体推力器的阳极，其特征在于所述陶瓷腔体(3)由碳化硼制成。
10.根据权利要求1所述的一种多级会切磁场等离子体推力器的阳极，其特征在于所述阳极进气管(6)由不锈钢制成。
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| 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 |