CN104775999A - 一种霍尔推进器的中和器加热装置 - Google Patents

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唐海宸
王曙光
刘冬梅
乔彩霞
康小录
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Shanghai Institute of Space Propulsion
Chengdu Guoguang Electric Co Ltd
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Chengdu Guoguang Electric Co Ltd
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    • 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
    • F03H1/0006—Details applicable to different types of plasma thrusters
    • F03H1/0031—Thermal management, heating or cooling parts of the thruster

Abstract

本发明公开了一种霍尔推进器的中和器加热装置，所述中和器加热装置包括热屏蔽层和铠装加热丝组件；所述铠装加热丝组件包括内、中、外三层，内层为加热芯丝，中间层为包裹加热芯丝的绝缘陶瓷粉层，外层为铠装层，所述铠装加热丝组件置于中和器发射体的外侧周面上并沿其周向绕制呈螺旋状分布，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：（1）加热器工作温度高，至少可到1600℃；（2）加热功率减少15%以上；（3）正常工作最长预热时间减少20%以上；（4）工作时耐等离子体轰击能力更强；（5）工作寿命和可靠性更高。

Description

一种霍尔推进器的中和器加热装置
技术领域
本发明涉及一种加热装置，具体地说，是涉及一种用于霍尔推进器的中和器加热装置。
背景技术
随着现代航天深空探测技术的大力发展,传统的冷气直接喷射系统由于总冲的限制,不能用于长时间的在轨管理。同时，由于小卫星、微小卫星、行星探测器及深空探测、星际航行等空间探测技术的兴起,要求航天器上的推进系统质量更轻、体积更小、效率更高,发展比冲高、结构紧凑、消耗工质少，成本低廉。霍尔电推进就是这样一种综合性能优良的空间推进方式，它是通过霍尔效应的原理加速推进剂离子产生反作用推力的推进装置，霍尔电推进技术具有结构和配电系统简单、推力密度高、功率推力比小、技术成熟度高、飞行应用经验丰富、空间适应性良好等优点，在国际航天领域研究和应用最为活跃，它主要应用于星体的轨道提升、姿态保持和深空探测、星际航行等主推进领域的。霍尔推力器在工作时，需要一个中和器装置，该中和器装置通过加热器将发射体缓慢加热产生热电子，一部分热电子用来电离进入阴极管内的中性气体，另一部分用来中和中和推力器喷出的离子流，避免航天器带电。
现有的加热器的绝缘层采用涂敷-烧结工艺制成，此种工艺操作繁琐；人为因素影响大，导致加热丝再结晶现象严重，容易发生加热丝脆断现象；由于绝缘层是自然粘合而成，绝缘层制作过程中加入了有机溶剂，会导致绝缘瓷管的瓷疏松多孔。
加热器工作时，为保证发射体正常工作，温度须在1100℃以上，加热丝的温度就必须在1400℃以上。现有的加热器结构，不论是预热阶段还是稳定工作阶段，绝缘瓷管与加热丝长时间处于高温状态，两种材料长期高温渗透使绝缘瓷管的绝缘性能下降，会导致加热丝短路；现有的加热器中，绝缘瓷管与加热丝热膨胀系数不一致且加热器的绝缘层与加热丝热膨胀系数也不一致，在热循环冲击使用状态时容易造成绝缘层龟裂，甚至脱落，导致绝缘性能下降；同时中和器工作时，加热器在等离子流溅射、冲击环境中，现有的热屏蔽层很容易烧损，造成热屏蔽效果下降。这些缺点都严重影响加热器的可靠性和寿命，不能满足飞行器航天工程使用的可靠性和寿命要求。
发明内容
为此基于上述情况，本发明的目的在于提供一种霍尔推进器的中和器加热装置，本发明的技术方案如下：
所述的霍尔推进器的中和器加热装置，包括热屏蔽层和铠装加热丝组件，所述铠装加热丝组件包括内、中、外三层，内层为加热芯丝，中间层为包裹加热芯丝的绝缘陶瓷粉层，外层为铠装层，所述铠装加热丝组件置于中和器发射体的外侧周面上并沿其周向绕制呈螺旋状分布。
所述的霍尔推进器的中和器加热装置还包括置于铠装加热丝组件外部的热屏蔽层，铠装加热丝组件置于中和器发射体的外侧周面时，热屏蔽层置于所述铠装加热丝组件的外侧周面上并沿其周向分布，所述热屏蔽层由耐高温、隔热良好、耐等离子体轰击的材料制成。
所述的霍尔推进器的中和器加热装置的热屏蔽层可以由钽铌合金材料或者钨合金材料制成。
所述的霍尔推进器的中和器加热装置的钽铌合金材料或者钨合金材料为箔片材料并制成圆筒状的热屏蔽层，所述热屏蔽层与铠装加热丝相契合并套装于铠装加热丝的外部并固定连接。
所述的霍尔推进器的中和器加热装置，还包括置于热屏蔽层外部的保护层，保护层置于所述热屏蔽层的外侧周面上并沿其周向分布，所述保护层为耐高温、耐等离子体轰击、隔热良好的材料制成。
所述的霍尔推进器的中和器加热装置，所述保护层是钨合金或钽铌合金材料制成。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）加热器工作温度高，至少可到1600℃；
（2）加热功率减少15%以上；
（3）正常工作最长预热时间减少20%以上；
（4）工作时耐等离子体轰击能力更强；
（5）工作寿命和可靠性更高。
附图说明
图1本发明实施例一的铠装加热丝组件构示意图；
图2本发明实施例一的加热器结构示意图；
图3本发明实施例二的加热器结构示意图；
图4本发明实施例三的加热器结构示意图；
图中，1-铠装加热丝组件，2-铠装层，3-绝缘陶瓷粉层，4-加热芯丝，5-中和器发射体，6-热屏蔽层，7-保护层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例一
如图2所示的的霍尔推进器的中和器加热装置，包括热屏蔽层和铠装加热丝组件，所述铠装加热丝组件包括内、中、外三层，内层为加热芯丝，中间层为包裹加热芯丝的绝缘陶瓷粉层，外层为铠装层，所述铠装加热丝组件置于中和器发射体的外侧周面上并沿其周向绕制呈螺旋状分布。
实施例二
如图3所示的霍尔推进器的中和器加热装置，包括热屏蔽层和铠装加热丝组件，所述铠装加热丝组件包括内、中、外三层，内层为加热芯丝，中间层为包裹加热芯丝的绝缘陶瓷粉层，外层为铠装层，所述铠装加热丝组件置于中和器发射体的外侧周面上并沿其周向绕制呈螺旋状分布；所述霍尔推进器的中和器加热装置还包括置于铠装加热丝组件外部的热屏蔽层，螺旋状铠装加热丝组件置于中和器发射体的外侧周面时，热屏蔽层置于所述铠装加热丝组件的外侧周面上并沿其周向分布，所述热屏蔽层由耐高温、隔热良好、耐等离子体轰击的钽铌合金材料制成，所述钽铌合金材料为箔片材料（厚度0.05mm），根据铠装加热丝的外径加工成圆筒状，装配在铠装加热丝外圆上后电阻点焊牢固。
实施例三
如图4所示的霍尔推进器的中和器加热装置，包括热屏蔽层和铠装加热丝组件，所述铠装加热丝组件包括内、中、外三层，内层为加热芯丝，中间层为包裹加热芯丝的绝缘陶瓷粉层，外层为铠装层，所述铠装加热丝组件置于中和器发射体的外侧周面上并沿其周向绕制呈螺旋状分布；所述霍尔推进器的中和器加热装置还包括置于铠装加热丝组件外部的热屏蔽层，螺旋状铠装加热丝组件置于中和器发射体的外侧周面时，热屏蔽层置于所述铠装加热丝组件的外侧周面上并沿其周向分布，所述热屏蔽层由耐高温、隔热良好、耐等离子体轰击的钽铌合金材料或者钨合金材料制成。
本实施例三所述的霍尔推进器的中和器加热装置，还包括置于热屏蔽层外部的保护层，保护层置于所述热屏蔽层的外侧周面上并沿其周向分布，所述保护层为耐高温、耐等离子体轰击、隔热良好的钨合金或钽铌合金材料制成。
本发明公开的一种霍尔推进器的中和器加热装置，如权利要求1所述的一种霍尔推进器的中和器加热装置。其特征在于，所述中和器螺旋状铠装加热丝组件还包括置于铠装加热丝的热屏蔽层，热屏蔽层置于螺旋状铠装加热丝组件的外侧周面上并沿其周向分布；热屏蔽层由耐高温、耐等离子体轰击、隔热效果良好的钽铌合金箔片材料（厚度0.05mm）制成。根据螺旋状铠装加热丝外径加工成圆筒状，装配在加热丝外圆上后电阻点焊牢固。
采用本发明所述的实施例后与现有技术相比，具有以下有益效果：
（1）加热器工作温度高，至少可到1600℃；
（2）加热功率减少15%以上；
（3）正常工作最长预热时间减少20%以上；
（4）工作时耐等离子体轰击能力更强；
（5）工作寿命和可靠性更高。
上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种霍尔推进器的中和器加热装置，其特征在于，所述中和器加热装置包括热屏蔽层和铠装加热丝组件；所述铠装加热丝组件包括内、中、外三层，内层为加热芯丝，中间层为包裹加热芯丝的绝缘陶瓷粉层，外层为铠装层，所述铠装加热丝组件置于中和器发射体的外侧周面上并沿其周向绕制呈螺旋状分布。
2. 如权利要求1所述的一种霍尔推进器的中和器加热装置，其特征在于，所述中和器加热装置还包括置于铠装加热丝组件外部的热屏蔽层，铠装加热丝组件置于中和器发射体的外侧周面时，热屏蔽层置于所述铠装加热丝组件的外侧周面上并沿其周向分布，所述热屏蔽层由耐高温、隔热良好、耐等离子体轰击的材料制成。
3.如权利要求2所述的一种霍尔推进器的中和器加热装置，其特征在于，所述热屏蔽层由由钽铌合金材料或者钨合金材料制成。
4.如权利要求3所述的一种霍尔推进器的中和器加热装置，其特征在于，所述的钽铌合金材料或者钨合金材料为箔片材料并制成圆筒状的热屏蔽层，所述热屏蔽层与铠装加热丝相契合并套装于铠装加热丝的外部并固定连接。
5.如权利要求1-4任一权利要求所述的一种霍尔推进器的中和器加热装置，其特征在于，所述中和器加热装置还包括置于热屏蔽层外部的保护层，保护层置于所述热屏蔽层的外侧周面上并沿其周向分布，所述保护层为耐高温、耐等离子体轰击、隔热良好的材料制成。
6.如权利要求5所述的一种霍尔推进器的中和器加热装置，其特征在于，所述保护层是钨合金或钽铌合金材料制成。
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