CN104653422A - 三级加速式螺旋波等离子体推进装置 - Google Patents

三级加速式螺旋波等离子体推进装置 Download PDF

Info

Publication number
CN104653422A
CN104653422A CN201510035736.7A CN201510035736A CN104653422A CN 104653422 A CN104653422 A CN 104653422A CN 201510035736 A CN201510035736 A CN 201510035736A CN 104653422 A CN104653422 A CN 104653422A
Authority
CN
China
Prior art keywords
acceleration system
electric field
discharge chamber
rotating electric
wave plasma
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.)
Granted
Application number
CN201510035736.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104653422B (zh
Inventor
夏广庆
王鹏
邹存祚
郝剑昆
徐宗琦
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.)
Dalian University of Technology
Original Assignee
Dalian University 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 Dalian University of Technology filed Critical Dalian University of Technology
Priority to CN201510035736.7A priority Critical patent/CN104653422B/zh
Publication of CN104653422A publication Critical patent/CN104653422A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104653422B publication Critical patent/CN104653422B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03H—PRODUCING A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03H1/00—Using plasma to produce a reactive propulsive thrust
    • F03H1/0081—Electromagnetic plasma thrusters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

一种三级加速式螺旋波等离子体推进装置，其特点是：天线与射频功率源相连并和放电室固定于套筒内部，电磁线圈环绕固定在套筒外圆周面。放电室的后部设有旋转电场离子加速系统，该系统包括四个均匀对称安置于套筒外圆周面的石墨电极。旋转电场离子加速系统的末端设有电磁喷管离子加速系统，该系统包括一端与放电室尾部连接的圆锥形扩张喷管与电磁线圈。本发明采用旋转电场加速系统对等离子体进行二级加速，再通过电磁喷管进一步加速，形成三级加速效果，从而高效加速离子而产生推力，可以实现推进器在高功率下工作，实现高离子喷出速度、高推进能力的可靠性能，具有广阔的应用前景，能够为未来空间技术发展提供高性能的动力平台。

Description

三级加速式螺旋波等离子体推进装置
技术领域
本发明涉及空间推进技术领域。
背景技术
目前，随着人类空间活动以及深空探测活动的日益活跃，航天技术也随之产生巨大和迅猛发展，人类在空间的活动范围也越来越广阔，这就对航天器推进系统提出了更高的指标要求。航天器在太空飞行阶段进行姿态控制、南北位置保持、轨道机动和离轨等任务时空间推进系统为其提供动力。而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，比如核能推进，太阳帆推进等技术。电推进与化学推进相比具有比冲高、寿命长、推力小且控制精度高的特点，因此电推进在空间推进领域的应用前景非常广阔。
在目前大部分使用和研制的等离子体推进系统中，等离子体主要是通过推进工质与高能电子的碰撞而产生，这种方式的电离效率较低，推进器的电极易受到腐蚀，使推进器寿命缩短，为了避免电极腐蚀，就需要缩小选择推进工质的范围。为了克服这些缺点，螺旋波双层推进器(简称HDLT)或螺旋波等离子体推进器(简称HPT)得到了迅速发展，这种推进器具有无电极烧蚀、高等离子体密度和高电离率的螺旋波等离子体源，依靠螺旋波等离子体双层效应加速离子。
通过进一步的实验研究表明，仅依靠螺旋波等离子体双层效应加速离子而作为推进方式的效果并不好，目前，HPT加速离子的能力与传统化学推进相当，推进能力也显不足，无法满足未来长寿命卫星平台、空间站和深空探测器的需求。
发明内容
本发明针对以上提出的推进装置加速离子和推力性能不足的问题，设计出一种三级加速式螺旋波等离子体推进装置的技术方案：一种三级加速式螺旋波等离子体推进装置，其特征在于：shoji型天线与射频功率源相连，并环绕固定于放电室外部。shoji型天线和放电室均固定于套筒内部，电磁线圈规则有序地环绕固定在套筒外圆周面。放电室的后部设有旋转电场离子加速系统，该旋转电场离子加速系统包括四个均匀对称安置于所述套筒外圆周面的石墨电极，四个石墨电极分为两组分别通过导线与两个正弦交变电压源相连接。旋转电场离子加速系统的末端设有电磁喷管离子加速系统，该电磁喷管离子加速系统包括一端与放电室尾部连接的圆锥形扩张喷管，电磁线圈环绕固定于扩张喷管的外圆锥面。套筒的材质为碳纤维复合材料。电磁线圈由空心铜管环绕组成。喷管材质为钛合金。喷管内表面镶嵌一层保护陶瓷。
与现有技术相比，本发明结合螺旋波等离子体自身的电势降加速离子的特点，采用旋转电场加速系统对等离子体进行二级加速，再通过电磁喷管进一步加速，形成三级加速效果，从而高效加速离子而产生推力，可以实现推进器在高功率下工作，实现高离子喷出速度、高推进能力的可靠性能，具有广阔的应用前景，能够为未来空间技术发展提供高性能的动力平台。
附图说明
图1是本发明实施例三级加速式螺旋波等离子体推进装置结构示意图。
图2是本发明实施例中所述的旋转电场离子加速系统(202)原理示意图。
具体实施方式
图1与图2是这种三级加速式螺旋波等离子体推进装置的结构示意图。从图中可以看出，它的shoji型天线101与射频功率源相连，并环绕固定于放电室102的外部。shoji型天线101和放电室102均固定在套筒104的内部。电磁线圈i-103规则有序地环绕固定在套筒104外圆周面。电磁线圈i-103由空心铜管环绕组成，工质气体从储气室出来后通过空心铜管再进入放电室102，该过程既可以以对铜管冷却，又可以预热工质气体。套筒104的材质为碳纤维复合材料。放电室102用于将等离子体屏蔽在一定区域内防止设备受到腐蚀，shoji型天线101用于激发螺旋波等离子体，利用等离子体自身电势降对等离子体加速，套筒104作为主体结构用于固定其他部件，电磁线圈i-103产生轴向均匀磁场，以激发螺旋波等离子体。放电室102的后部设有旋转电场离子加速系统201，该旋转电场离子加速系统201包括四个均匀对称安置于套筒104外圆周面的石墨电极105，这四个石墨电极105分为两组分别通过导线106与两个正弦交变电压源109相连接。当电极板间加载振荡电压时，在径向电场与轴向磁场的共同作用下，电子运动轨迹由拉莫尔回旋运动和E×B漂移运动叠加而成。在径向电子密度梯度作用下，大量电子E×B漂移运动叠加后将形成回旋电流，在磁场径向分量作用下，产生轴向加速的洛仑兹力，从而产生一个空间旋转的电场来加速离子。旋转电场离子加速系统201的末端还设有电磁喷管离子加速系统202，该电磁喷管离子加速系统202包括一端与放电室102尾部连接的圆锥形扩张喷管108，以及环绕固定在扩张喷管108的外圆锥面上的电磁线圈ii-107。喷管108的材质为钛合金。喷管108的内表面镶嵌一层保护陶瓷。电磁喷管离子加速系统202通过电磁线圈ii-107产生轴向磁场结合扩张喷管进一步加速离子。最终形成三级加速等离子体的方式。图中M是表示进气方向。
本实施例采用螺旋波等离子体自身电势降加速与旋转电场离子加速以及电磁喷管离子加速三者结合的方式，可以使推进器具有较高的离子喷出速度、推力性能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种三级加速式螺旋波等离子体推进装置，其特征在于：shoji型天线(101)与射频功率源相连，并环绕固定于放电室(102)外部，所述shoji型天线(101)和放电室(102)均固定于套筒(104)内部，电磁线圈i(103)规则有序地环绕固定在所述套筒(104)外圆周面；所述放电室(102)的后部设有旋转电场离子加速系统(201)，该旋转电场离子加速系统(201)包括四个均匀对称安置于所述套筒(104)外圆周面的石墨电极(105)，所述四个石墨电极(105)分为两组分别通过导线(106)与两个正弦交变电压源(109)相连接；所述旋转电场离子加速系统(201)的末端设有电磁喷管离子加速系统(202)，该电磁喷管离子加速系统(202)包括一端与所述放电室(102)尾部连接的圆锥形扩张喷管(108)，电磁线圈ii(107)环绕固定于所述扩张喷管(108)的外圆锥面。
2.根据权利要求1所述的三级加速式螺旋波等离子体推进装置，其特征在于：所述套筒(104)的材质为碳纤维复合材料。
3.根据权利要求1所述的三级加速式螺旋波等离子体推进装置，其特征在于：所述电磁线圈i(103)由空心铜管环绕组成。
4.根据权利要求1所述的三级加速式螺旋波等离子体推进装置，其特征在于：所述喷管(108)材质为钛合金。
5.根据权利要求4所述的三级加速式螺旋波等离子体推进装置，其特征在于：所述喷管(108)内表面镶嵌一层保护陶瓷。
CN201510035736.7A 2015-01-22 2015-01-22 三级加速式螺旋波等离子体推进装置 Expired - Fee Related CN104653422B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510035736.7A CN104653422B (zh) 2015-01-22 2015-01-22 三级加速式螺旋波等离子体推进装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510035736.7A CN104653422B (zh) 2015-01-22 2015-01-22 三级加速式螺旋波等离子体推进装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104653422A true CN104653422A (zh) 2015-05-27
CN104653422B CN104653422B (zh) 2017-04-12

Family

ID=53244944

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510035736.7A Expired - Fee Related CN104653422B (zh) 2015-01-22 2015-01-22 三级加速式螺旋波等离子体推进装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104653422B (zh)

Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105226374A (zh) * 2015-09-02 2016-01-06 苏州大学 一种螺旋波天线系统
CN105781793A (zh) * 2016-03-29 2016-07-20 兰州理工大学 一种喷气引擎核心机
CN106014899A (zh) * 2016-05-10 2016-10-12 中国人民解放军国防科学技术大学 螺旋波等离子体感应式推力器
CN106304595A (zh) * 2016-08-26 2017-01-04 大连理工大学 表面等离子体共振与电子回旋共振双激励式微波推力器
CN106286178A (zh) * 2016-08-26 2017-01-04 大连理工大学 离子碰撞加速式电推力器装置
CN106385756A (zh) * 2016-09-21 2017-02-08 北京机械设备研究所 一种电弧加热式螺旋波等离子体电推进装置
CN106640568A (zh) * 2015-10-30 2017-05-10 北京精密机电控制设备研究所 一种双极固体烧蚀型等离子体加速器
CN106968906A (zh) * 2017-04-27 2017-07-21 河南理工大学 一种等离子体推进装置
CN109681398A (zh) * 2018-12-12 2019-04-26 上海航天控制技术研究所 一种新型微波ecr离子推力器放电室
CN110500250A (zh) * 2019-09-04 2019-11-26 北京航空航天大学 一种螺旋波电磁加速等离子体源
CN110545612A (zh) * 2019-09-04 2019-12-06 北京航空航天大学 一种多级电离旋转磁场加速螺旋波等离子体源
CN110735776A (zh) * 2019-10-11 2020-01-31 大连理工大学 一种自冷式微波增强电推力器
CN111622911A (zh) * 2020-05-20 2020-09-04 大连理工大学 一种螺旋波开口系静电离子推力器
CN111852803A (zh) * 2020-07-27 2020-10-30 大连理工大学 一种基于分段阳极的混合效应环型离子推力器
CN112555114A (zh) * 2020-12-01 2021-03-26 中国人民解放军战略支援部队航天工程大学 一种用于激光烧蚀推进的电磁组合矢量加速喷管
CN113133174A (zh) * 2021-05-24 2021-07-16 中国科学院合肥物质科学研究院 一种螺旋波-离子回旋共振耦合放电系统
CN113357109A (zh) * 2021-06-30 2021-09-07 哈尔滨工业大学 一种射频离子推力器点火装置
CN114352494A (zh) * 2021-12-15 2022-04-15 西安航天动力研究所 基于多级磁场及多段喷管的等离子体生成装置及方法
CN114653960A (zh) * 2022-03-31 2022-06-24 四川真火等离子研究院有限公司 一种磁化射频等离子体制备超细高纯球形钛粉的方法
CN115013273A (zh) * 2022-05-06 2022-09-06 北京航空航天大学 一种场反构型脉冲等离子体推力器
CN115263702A (zh) * 2022-06-30 2022-11-01 北京理工大学 一种螺旋波等离子体波-粒能量的调控装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005028310A2 (en) * 2003-03-20 2005-03-31 Elwing Llc Spacecraft thruster
CN102767497A (zh) * 2012-05-22 2012-11-07 北京卫星环境工程研究所 基于空间原子氧的无燃料航天器推进系统及推进方法
CN102774511A (zh) * 2012-08-03 2012-11-14 北京卫星环境工程研究所 基于螺旋波等离子体的航天器电位主动控制装置及其应用
CN102797656A (zh) * 2012-08-03 2012-11-28 北京卫星环境工程研究所 吸气式螺旋波电推进装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005028310A2 (en) * 2003-03-20 2005-03-31 Elwing Llc Spacecraft thruster
CN102767497A (zh) * 2012-05-22 2012-11-07 北京卫星环境工程研究所 基于空间原子氧的无燃料航天器推进系统及推进方法
CN102774511A (zh) * 2012-08-03 2012-11-14 北京卫星环境工程研究所 基于螺旋波等离子体的航天器电位主动控制装置及其应用
CN102797656A (zh) * 2012-08-03 2012-11-28 北京卫星环境工程研究所 吸气式螺旋波电推进装置

Cited By (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105226374A (zh) * 2015-09-02 2016-01-06 苏州大学 一种螺旋波天线系统
CN106640568A (zh) * 2015-10-30 2017-05-10 北京精密机电控制设备研究所 一种双极固体烧蚀型等离子体加速器
CN105781793A (zh) * 2016-03-29 2016-07-20 兰州理工大学 一种喷气引擎核心机
CN106014899B (zh) * 2016-05-10 2017-05-10 中国人民解放军国防科学技术大学 螺旋波等离子体感应式推力器
CN106014899A (zh) * 2016-05-10 2016-10-12 中国人民解放军国防科学技术大学 螺旋波等离子体感应式推力器
CN106286178B (zh) * 2016-08-26 2019-06-25 大连理工大学 离子碰撞加速式电推力器装置
CN106286178A (zh) * 2016-08-26 2017-01-04 大连理工大学 离子碰撞加速式电推力器装置
CN106304595B (zh) * 2016-08-26 2019-02-05 大连理工大学 表面等离子体共振与电子回旋共振双激励式微波推力器
CN106304595A (zh) * 2016-08-26 2017-01-04 大连理工大学 表面等离子体共振与电子回旋共振双激励式微波推力器
CN106385756A (zh) * 2016-09-21 2017-02-08 北京机械设备研究所 一种电弧加热式螺旋波等离子体电推进装置
CN106385756B (zh) * 2016-09-21 2018-08-21 北京机械设备研究所 一种电弧加热式螺旋波等离子体电推进装置
CN106968906A (zh) * 2017-04-27 2017-07-21 河南理工大学 一种等离子体推进装置
CN109681398A (zh) * 2018-12-12 2019-04-26 上海航天控制技术研究所 一种新型微波ecr离子推力器放电室
CN110500250A (zh) * 2019-09-04 2019-11-26 北京航空航天大学 一种螺旋波电磁加速等离子体源
CN110545612A (zh) * 2019-09-04 2019-12-06 北京航空航天大学 一种多级电离旋转磁场加速螺旋波等离子体源
CN110735776A (zh) * 2019-10-11 2020-01-31 大连理工大学 一种自冷式微波增强电推力器
CN111622911A (zh) * 2020-05-20 2020-09-04 大连理工大学 一种螺旋波开口系静电离子推力器
CN111852803A (zh) * 2020-07-27 2020-10-30 大连理工大学 一种基于分段阳极的混合效应环型离子推力器
CN111852803B (zh) * 2020-07-27 2021-07-16 大连理工大学 一种基于分段阳极的混合效应环型离子推力器
CN112555114A (zh) * 2020-12-01 2021-03-26 中国人民解放军战略支援部队航天工程大学 一种用于激光烧蚀推进的电磁组合矢量加速喷管
CN113133174A (zh) * 2021-05-24 2021-07-16 中国科学院合肥物质科学研究院 一种螺旋波-离子回旋共振耦合放电系统
CN113133174B (zh) * 2021-05-24 2024-08-30 中国科学院合肥物质科学研究院 一种螺旋波-离子回旋共振耦合放电系统
CN113357109A (zh) * 2021-06-30 2021-09-07 哈尔滨工业大学 一种射频离子推力器点火装置
CN114352494A (zh) * 2021-12-15 2022-04-15 西安航天动力研究所 基于多级磁场及多段喷管的等离子体生成装置及方法
CN114653960A (zh) * 2022-03-31 2022-06-24 四川真火等离子研究院有限公司 一种磁化射频等离子体制备超细高纯球形钛粉的方法
CN115013273A (zh) * 2022-05-06 2022-09-06 北京航空航天大学 一种场反构型脉冲等离子体推力器
CN115263702A (zh) * 2022-06-30 2022-11-01 北京理工大学 一种螺旋波等离子体波-粒能量的调控装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN104653422B (zh) 2017-04-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104653422B (zh) 三级加速式螺旋波等离子体推进装置
Levchenko et al. Space micropropulsion systems for Cubesats and small satellites: From proximate targets to furthermost frontiers
Mazouffre Electric propulsion for satellites and spacecraft: established technologies and novel approaches
US6121569A (en) Plasma jet source using an inertial electrostatic confinement discharge plasma
US3309873A (en) Plasma accelerator using hall currents
CN104454417B (zh) 双阶栅极螺旋波离子推进装置
Aanesland et al. Electric propulsion using ion-ion plasmas
CN110545612B (zh) 一种多级电离旋转磁场加速螺旋波等离子体源
Rafalskyi et al. Brief review on plasma propulsion with neutralizer-free systems
CN106385756B (zh) 一种电弧加热式螺旋波等离子体电推进装置
US9394889B2 (en) Chemical-electromagnetic hybrid propeller with variable specific impulse
CN210106081U (zh) 固体烧蚀型磁等离子体推力器
CN106286178A (zh) 离子碰撞加速式电推力器装置
CN112727720A (zh) 一种基于旋转磁场加速的无电极等离子体推力器
CN104863811A (zh) 一种负粒子推力器
CN112253413A (zh) 一种电感耦合双级等离子体推力器
CN102434414A (zh) 一种可变比冲磁等离子体火箭的磁喷管
CN110206700B (zh) 一种静电离子推力器
CN108612599B (zh) 一种液-电组合空间推力器
CN111997853A (zh) 一种临近空间环境吸气式射频等离子体推进器
Ji et al. Recent progress in research on micro-cathode arc thrusters
CN105822515A (zh) 空间碎片等离子体推进器
CN214196571U (zh) 一种基于旋转磁场加速的无电极等离子体推力器
Gorshkov et al. Development of high power magnetoplasmadynamic thrusters in the USSR
US10131453B2 (en) Hall effect thruster and a space vehicle including such a thruster

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20170412

Termination date: 20200122

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee