CN104405603A - 螺旋波等离子体电推进装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种螺旋波等离子体电推进装置，本发明装置，包括：螺旋波等离子体激发天线、石英玻璃制成的放电腔、第一金属板与第二金属板、至少一个铁环和至少两个永磁体环、进气口；所述铁环与所述永磁体环交替放置形成一个圆柱体空腔，所述两个金属板分别设置在所述圆柱体空腔的两端，与所述第一金属板、第二金属板相连接的是永磁体环，所述放电腔置于所述圆柱体空腔的内部，所述放电腔的进气口和射频输入输出线从所述第一金属板穿出，所述放电腔的底部与所述第二金属板固定，所述第一金属板与所述第二金属板之间通过螺栓和螺母相连接。本发明实施例实现了延长螺旋波推力器的使用寿命，在应用于航天器平台上时节省了自身所占用的空间，提高了整体的工作效率。

Description

螺旋波等离子体电推进装置

技术领域

本发明实施例涉及航天器发动机和空间推进技术领域，尤其涉及一种螺旋波等离子体电推进装置。

背景技术

空间推进用于航天器在太空飞行阶段，其功能是为航天器姿态控制、南北位置保持、轨道机动和离轨等任务提供动力。空间推进技术一般可以分为化学推进和电推进，以及一些其它的推进技术(如核能推进，太阳帆推进技术)。目前，电推进技术因其高比冲的优势已逐渐成为空间小推力推进装置的首选方案；螺旋波等离子体源因其具有高密度，无离子光学系统、无电子中和器而被世界各国争先研制。

螺旋波等离子体推力器(Helicon Plasma Thruster，简称HPT)，是一种新型的电磁式推力器，其基于螺旋波等离子体在发散磁场中存在的无电流双层效应，加速离子形成高速离子束喷流，从而产生推力。HPT的关键部件包括特定结构的射频天线和一定位型的磁场。电推进系统的工作原理是利用蓄电池或者太阳电池帆板所提供的电能，电离工质并加速等离子体或离子，使工质气体产生远远大于传统化学推力器产生的排气速度。电推系统的比冲一般可以达到1000s-80000s(依据工作原理的不同比冲也不同)，可以大大降低整个推进系统重量，降低推进工质消耗量，延长航天器在轨时间和使用寿命。电推进系统除了可以在长寿命空间飞行器平台上广泛应用以外，还可以完成传统化学推进系统无法完成的任务。因此，电推进技术成为空间推进的主流，必将逐步取代传统的化学推进技术。

现有技术中的螺旋波推力器自身的使用寿命不够长久，并且在应用于航天器平台上时工作占用空间过大，影响整体的工作效率。

发明内容

本发明实施例提供一种螺旋波等离子体电推进装置，以克服现有技术中螺旋波推力器自身的使用寿命过短，应用于航天器平台上时工作占用空间过大，工作效率低的问题。

本发明提供了一种螺旋波等离子体电推进装置，包括：

螺旋波等离子体激发天线、石英玻璃制成的放电腔、第一金属板与第二金属板、至少一个铁环和至少两个永磁体环、进气口；

所述铁环与所述永磁体环交替放置形成一个圆柱体空腔，所述第一金属板和所述第二金属板分别设置在所述圆柱体空腔的两端，与所述第一金属板、第二金属板相连接的是永磁体环，所述放电腔置于所述圆柱体空腔的内部，所述放电腔的进气口和射频输入输出线从所述第一金属板穿出，所述放电腔的底部与所述第二金属板固定，所述第一金属板与所述第二金属板之间通过螺栓和螺母相连接。

进一步地，所述放电腔的底部与所述第二金属板固定，包括：

所述放电腔的底部设置外凸环，所述第二金属板对应所述放电腔开设圆形通孔，所述放电腔从所述通孔穿入所述圆柱体空腔后，通过螺钉与所述第二金属板固定。

进一步地，所述永磁体为钕铁硼永磁体或为钐钴永磁体。

进一步地，所述第一金属板与所述第二金属板为铝板。

本发明实施例螺旋波等离子体电推进装置，通过螺旋波等离子体激发天线置于所述放电腔外侧，所述铁环与所述永磁体环交替放置形成一个圆柱体空腔，所述两个金属板分别设置在所述圆柱体空腔的两侧，所述第一金属板与第二金属板与所述永磁体环相连接，所述放电腔置于所述圆柱体空腔的内部，所述放电腔的进气口与射频输入输出线从所述第一金属板穿出，所述放电腔的底部与所述第二金属板通过螺钉固定，所述第一金属板与所述第二金属板之间通过螺栓与螺母的形式相连接，实现了延长螺旋波推力器的使用寿命，在应用于航天器平台上时节省了自身所占用的空间，提高了整体的工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明螺旋波等离子体电推进装置整体示意图；

图2为本发明螺旋波等离子体电推进装置沿中心线的磁场强度示意图；

图3为本发明螺旋波等离子体电推进装置剖面示意图；

图4为本发明螺旋波等离子体电推进装置第二金属板与放电腔连接关系示意图；

图5为本发明螺旋波等离子体电推进装置放电腔示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明螺旋波等离子体电推进装置整体示意图，如图1所示，本实施例装置，包括：

螺旋波等离子体激发天线102、石英玻璃制成的放电腔107、第一金属板106与第二金属板105、至少一个铁环101和至少两个永磁体环104、进气口103；

所述铁环与所述永磁体环交替放置形成一个圆柱体空腔，所述第一金属板和第二金属板分别设置在所述圆柱体空腔的两端，与所述第一金属板、第二金属板相连接的是永磁体环，所述放电腔置于所述圆柱体空腔的内部，所述放电腔的进气口和射频输入输出线从所述第一金属板穿出，所述放电腔的底部与所述第二金属板固定，所述第一金属板与所述第二金属板之间通过螺栓和螺母相连接。

进一步地，所述永磁体为钕铁硼永磁体或为钐钴永磁体。

进一步地，所述第一金属板与所述第二金属板为铝板。

具体来说，本实施例中，螺旋波等离子体激发天线上连接着射频馈入线和射频接地线，4个永磁体环和3个铁环交替放置，该永磁体环与铁环的半径形同，从而形成一个圆柱体空腔。在该圆柱体空腔的两端设置两个圆形铝板。铝板A上开设有与放电腔半径相同的圆孔，放电腔通过该圆孔放置在该圆柱体空腔内。并且该放电腔的进气口和射频输入输出线从铝板B穿出。放电腔的底部与铝板A固定。铝板A和铝板B之间通过螺栓和螺母相连接。铁环在永磁体环的磁场下可以与永磁体环紧密的连接在一起，不需要额外的固定装置。对于永磁体环和铁环的数量不加以限定，可以根据具体应用场景和需求设定，具有连续的可调性，适用于环境复杂的太空飞行任务。

该螺旋波等离子体电推进装置工作的时候，由频率为13.56MHz的射频源提供等离子体，工质气体进入放电腔内，放电腔内的气体被电离，由于螺旋波天线的特殊结构，会在磁场区形成一个电压降区域，通过该电压降可加速离子，从而产生推力。由永磁体环与铁环交替放置形成的圆柱体空腔提供磁场的同时可以屏蔽天线辐射出来的射频能，使该推力器不需要额外的电磁辐射屏蔽装置来保护外部电子元器件和敏感部件，也不需要额外的支撑结构来固定放电腔的位置。如图2所示，由该特定结构所形成的磁场具有均匀性。

本实施例中的装置通过将放电腔设置与由永磁体环与铁环交替放置的圆柱体空腔内，并在该圆柱体空腔两端设置两个金属板，实现了螺旋波等离子体不需要额外设置射频辐射屏蔽器和天线的支撑结构。由于采用铁环与永磁体环交替的结构，降低了装置的成本。该结构应用与航天器平台上时节省了自身所占用的空间，提高了整体的工作效率。

图3为本发明螺旋波等离子体电推进装置剖面示意图，如图3所示，所述螺旋波等离子体激发天线环绕于所述放电腔外侧，该螺旋波等离子体激发天线与放电腔的连接关系与现有技术中相类似，此处不再赘述。

图4为本发明螺旋波等离子体电推进装置第二金属板与放电腔固定示意图，如图4所示，本发明实施例第二金属板与放电腔的固定方式为：

所述放电腔的底部设置外凸环，所述第二金属板对应所述放电腔开设圆形通孔，所述放电腔从所述通孔穿入所述圆柱体空腔后，通过螺钉与所述第二金属板固定。图5为本发明螺旋波等离子体电推进装置放电腔示意图。

本实施例，通过放电腔的底部设置外凸环，从第二金属板穿入后通过螺钉与该金属板固定，便于该放电腔的安装与拆卸，有利于螺旋波等离子体电推进装置的使用和维护，延长了螺旋波等离子体电推进装置的使用寿命。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种螺旋波等离子体电推进装置，其特征在于，包括：

螺旋波等离子体激发天线、石英玻璃制成的放电腔、第一金属板与第二金属板、至少一个铁环和至少两个永磁体环、进气口；

所述铁环与所述永磁体环交替放置形成一个圆柱体空腔，所述第一金属板和所述第二金属板分别设置在所述圆柱体空腔的两端，与所述第一金属板、第二金属板相连接的是永磁体环，所述放电腔置于所述圆柱体空腔的内部，所述放电腔的进气口和射频输入输出线从所述第一金属板穿出，所述放电腔的底部与所述第二金属板固定，所述第一金属板与所述第二金属板之间通过螺栓和螺母相连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述放电腔的底部与所述第二金属板固定，包括：

所述放电腔的底部设置外凸环，所述第二金属板对应所述放电腔开设圆形通孔，所述放电腔从所述通孔穿入所述圆柱体空腔后，通过螺钉与所述第二金属板固定。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述永磁体为钕铁硼永磁体或为钐钴永磁体。

4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述第一金属板与所述第二金属板为铝板。