CN104863811B - 负粒子推力器 - Google Patents
负粒子推力器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104863811B CN104863811B CN201510183831.1A CN201510183831A CN104863811B CN 104863811 B CN104863811 B CN 104863811B CN 201510183831 A CN201510183831 A CN 201510183831A CN 104863811 B CN104863811 B CN 104863811B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- grid
- negative
- positive electrode
- electrode
- thruster
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000002245 particle Substances 0.000 title claims abstract description 32
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims abstract description 22
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 17
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 claims abstract description 14
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 2
- 238000005183 dynamical system Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- KRQUFUKTQHISJB-YYADALCUSA-N 2-[(E)-N-[2-(4-chlorophenoxy)propoxy]-C-propylcarbonimidoyl]-3-hydroxy-5-(thian-3-yl)cyclohex-2-en-1-one Chemical compound CCC\C(=N/OCC(C)OC1=CC=C(Cl)C=C1)C1=C(O)CC(CC1=O)C1CCCSC1 KRQUFUKTQHISJB-YYADALCUSA-N 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 210000004209 hair Anatomy 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000003380 propellant Substances 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
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
- F03H1/0037—Electrostatic ion thrusters
- F03H1/0056—Electrostatic ion thrusters with an acceleration grid and an applied magnetic field
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
- Particle Accelerators (AREA)
Abstract
本发明实施例提供一种负粒子推力器。本发明推力器，包括：圆形基板、正电极、负电极、电磁线圈、引出栅和加速栅；所述正电极一端固定于所述基板上的凹槽内，另一端与所述引出栅连接，所述加速栅位于所述引出栅的另一侧，所述引出栅用于引出正离子和负粒子，所述加速栅极用于加速所述正离子和所述负粒子，所述负电极固定于所述基板圆心处的凹槽内，所述正电极、负电极用于电离工质气体，在所述正电极与所述负电极之间的圆环上设置有气孔，所述气孔用于引入工质气体；所述正电极、负电极外部环绕有电磁线圈，所述电磁线圈用于产生磁场约束电子。本发明实施例满足了空间飞行器对大推力动力系统的需求。
Description
技术领域
本发明实施例涉及航天电推进技术领域，尤其涉及一种负粒子推力器。
背景技术
航天技术又称空间技术，是一项探索、开发和利用太空以及地球以外天体的综合性工程技术，是一个国家现代技术综合发展水平的重要标志。在地球大气层以外的宇宙空间，基本上是按照天体力学规律运行的各类飞行器，又称空间飞行器。航天器是执行航天任务的主体，是航天系统的主要组成部分。
对于一个航天器来说最重要的部分就是其动力系统，动力系统的优劣决定了航天器所能执行的任务。衡量航天器动力系统的一个重要的指标是其所能提供的推力。根据动量原理，飞行器获得的动量与推进剂离开它的动量大小相等方向相反，即p＝mv。因此提高动量有两个途径，一个是提高排气速度，但是，目前受限于推力器设备的客观条件，提高排气速度，不仅成本高，也比较困难。
发明内容
本发明实施例提供一种负粒子推力器，以克服现有技术中飞行器的动力推进系统提供的推力不足，排气速度不够的技术问题。
本实施例的负粒子推力器，包括：
圆形基板、正电极、负电极、引出栅和加速栅；
所述正电极一端固定于所述基板上的凹槽内，另一端与所述引出栅连接，所述加速栅位于所述引出栅的另一侧，所述引出栅用于引出正离子和负粒子，所述加速栅用于加速所述正离子和所述负粒子，所述负电极固定于所述基板圆心处的凹槽内，所述正电极、负电极用于电离工质气体，在所述正电极与所述负电极之间的圆环上设置有气孔，所述气孔用于引入所述工质气体；所述正电极外部环绕有电磁线圈，所述电磁线圈用于产生磁场约束电子。
进一步地，所述气孔为等间距的8个圆孔。
进一步地，所述工质气体为甲烷、硅烷和氙气的混合气体。
进一步地，所述引出栅的栅孔为直径1mm的圆孔。
进一步地，所述加速栅的栅孔为直径0.8mm的圆孔。
进一步地，所述引出栅和所述加速栅连通500V的交变电压，用于交替加速正离子和负离子的喷出。
本发明正电极一端固定于所述基板的凹槽内，另一端连接引出栅，加速栅在所述引出栅的另一侧，在正电极与负电极之间的圆环上设置有气孔，并且所述正电极与所述负电极外部环绕有电磁线圈，所述基板用于固定所述正电极、负电极，所述正电极、负电极用于电离工质气体，所述加速栅用于加速正离子和负粒子，所述引出栅用于引出所述正离子和负粒子，解决了现有电推进系统推力不足的问题。提高了动力推进系统的排气速度。
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为本发明负粒子推力器剖面结构示意图；
图2为本发明的负粒子推力器栅极结构示意图。
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为本发明一种负粒子推力器剖面结构示意图，如图1所示，本实施例的推力器可以包括：
圆形基板101、正电极102、负电极103、引出栅104和加速栅105；
所述正电极102一端固定于所述基板101上的凹槽内，另一端与所述引出栅104连接，所述加速栅105位于所述引出栅104的另一侧，所述引出栅104用于引出正离子和负粒子，所述加速栅105用于加速所述正离子和所述负粒子，所述负电极103固定于所述基板圆心处的凹槽内，所述正电极、负电极用于电离工质气体，在所述正电极102与所述负电极103之间的圆环上设置有气孔106，所述气孔用于引入所述工质气体；所述正电极、负电极外部环绕有电磁线圈，所述电磁线圈用于产生磁场。
进一步地，所述气孔为等间距的8个圆孔。
进一步地，所述工质气体为甲烷、硅烷和氙气的混合气体。
进一步地，所述引出栅的栅孔为直径1mm的圆孔。
进一步地，所述加速栅的栅孔为直径0.8mm的圆孔。
具体来说，本实施例中的基板用于支撑负粒子推力器的总体结构，设置于基板上的气孔将工质气体引入放电区域。其中，正电极的电势为0，负电极的电势为-200V，二者形成的电场将工质气体电离，激发等离子体。环绕于正电极、负电极外部的电磁线圈产生高强磁场进而约束电子，所述引出栅与加速栅组成的粒子加速系统通有500V的交变电压，分别用来加速正离子和负粒子。
该负粒子推力器工作时，甲烷、硅烷和氙气的混合气体通过基板上的气孔进入到放电区域，其中甲烷和硅烷在放电条件下会生成碳化硅固体颗粒，纳米微粒悬浮于辉光放电等离子体中，由于等离子体鞘层效应，颗粒表面被充电而携带负电荷，颗粒的荷电量取决于颗粒的表面积和等离子体的电子温度等参数。氙气在电场的作用下被电离成带正电的氙离子。
负粒子的引出，采用正电压偏置的栅状阳极形成阳极鞘层，以静电力牵引负粒子离开等离子体区。同时在等离子体区施加垂直于栅型阳极表面的静磁场，以磁约束方式抑制电子的引出。
引出的负粒子，其荷电量可达几十至数百基本电量，后续的加速阳极上施加适当的加速电压，便可实现足够的加速能量，形成负粒子束，产生推力。本实施例中，引出栅和所述加速栅连通500V的交变电压。
在引出栅极和加速电极上交替施加正负电压，从而引出束流交替正离子流和负粒子流，以保证引出束流的整体电中性。其中，栅极的结构如图2所示。
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 (6)
1.一种负粒子推力器，其特征在于，包括：
圆形基板、正电极、负电极、引出栅和加速栅；
所述正电极一端固定于所述基板上的凹槽内，另一端与所述引出栅连接，所述加速栅位于所述引出栅的另一侧，所述引出栅用于引出正离子和负粒子，所述加速栅用于加速所述正离子和所述负粒子，所述负电极固定于所述基板圆心处的凹槽内，所述正电极、负电极用于电离工质气体，在所述正电极与所述负电极之间的圆环上设置有气孔，所述气孔用于引入所述工质气体；所述正电极外部环绕有电磁线圈，所述电磁线圈用于产生磁场约束电子。
2.根据权利要求1所述的推力器，其特征在于，所述气孔为等间距的8个圆孔。
3.根据权利要求1或2所述的推力器，其特征在于，所述工质气体为甲烷、硅烷和氙气的混合气体。
4.根据权利要求1或2所述的推力器，其特征在于，所述引出栅的栅孔为直径1mm的圆孔。
5.根据权利要求1或2所述的推力器，其特征在于，所述加速栅的栅孔为直径0.8mm的圆孔。
6.根据权利要求1或2所述的推力器，其特征在于，所述引出栅和所述加速栅连通500V的交变电压，用于交替加速带正离子和负粒子的喷出。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510183831.1A CN104863811B (zh) | 2015-04-15 | 2015-04-15 | 负粒子推力器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510183831.1A CN104863811B (zh) | 2015-04-15 | 2015-04-15 | 负粒子推力器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104863811A CN104863811A (zh) | 2015-08-26 |
| CN104863811B true CN104863811B (zh) | 2017-06-27 |
Family
ID=53909899
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510183831.1A Expired - Fee Related CN104863811B (zh) | 2015-04-15 | 2015-04-15 | 负粒子推力器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104863811B (zh) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105114276A (zh) * | 2015-09-14 | 2015-12-02 | 中国计量学院 | 串列式电场力飞行器推进装置 |
| CN109533350B (zh) * | 2019-01-09 | 2024-06-11 | 酷黑科技（北京）有限公司 | 一种涵道推进器 |
| CN110594115B (zh) * | 2019-10-17 | 2020-12-11 | 大连理工大学 | 一种无放电阴极的环型离子推力器 |
| CN111486070B (zh) * | 2020-04-16 | 2021-05-25 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于加速电极的微阴极电弧推力系统 |
| CN111878336A (zh) * | 2020-07-06 | 2020-11-03 | 安徽华东光电技术研究所有限公司 | 离子推进器 |
| CN114562436A (zh) * | 2022-02-28 | 2022-05-31 | 北京航空航天大学 | 一种耐溅射污染的绝缘增强型栅极系统 |
| CN115021085B (zh) * | 2022-04-15 | 2024-01-02 | 北京工业大学 | 一种应用于大气层内的新型电晕放电离子推进器 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4825646A (en) * | 1987-04-23 | 1989-05-02 | Hughes Aircraft Company | Spacecraft with modulated thrust electrostatic ion thruster and associated method |
| JP3906686B2 (ja) * | 2001-12-28 | 2007-04-18 | 三菱電機株式会社 | 多重グリッド光学システム及びその製造方法及びイオンスラスタ |
| FR2939173B1 (fr) * | 2008-11-28 | 2010-12-17 | Ecole Polytech | Propulseur a plasma electronegatif a injection optimisee. |
| FR2985292B1 (fr) * | 2011-12-29 | 2014-01-24 | Onera (Off Nat Aerospatiale) | Propulseur plasmique et procede de generation d'une poussee propulsive plasmique |
-
2015
- 2015-04-15 CN CN201510183831.1A patent/CN104863811B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104863811A (zh) | 2015-08-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104863811B (zh) | 负粒子推力器 | |
| EP3369294B1 (en) | Plasma accelerator with modulated thrust and space born vehicle with the same | |
| Takeiri | Negative ion source development for fusion application | |
| CN103770953A (zh) | 航天器结构电位主动控制装置及其控制方法 | |
| Goncharov | Invited review article: The electrostatic plasma lens | |
| Bardakov et al. | Advances and problems in plasma-optical mass-separation | |
| CN111177910B (zh) | 一种中性气体释放诱发航天器放电的数值模拟方法 | |
| US3308323A (en) | Inclined-field high-voltage vacuum tubes | |
| Li et al. | Influence of electron beam irradiation on DC surface flashover of polyimide in vacuum | |
| Kaufman | Broad‐beam ion sources | |
| Mühlich et al. | Performance improvements of IFM Nano Thruster with highly focused ion beam generated with a compact electrostatic lens module | |
| CN103000483B (zh) | 体电导微通道板 | |
| Goncharov et al. | High-current heavy ion beams in the electrostatic plasma lens | |
| US9484176B2 (en) | Advanced penning ion source | |
| CN105065221A (zh) | 一种新型四阴极离子推力器 | |
| Lemut et al. | Design of a 400 kV deep underground, high detector efficiency, high target density,<? format?> high beam intensity accelerator facility | |
| Salz et al. | Electrostatic potential gradients in a Penning discharge | |
| Sun et al. | Miniature, 3D-printed, monolithic arrays of corona ionizers | |
| JP4336780B2 (ja) | イオン源 | |
| Borgun et al. | Experimental simulation of metalhydride cathode working in Penning discharge | |
| Litovko et al. | Computer modelling new generation plasma optical devices (new results) | |
| US11678429B2 (en) | Inertial electrostatic confinement fusion device | |
| Dyubo et al. | Plasma thrusters for in-space propulsion; new trends and physical limitations | |
| Pushkarev et al. | Applicability of the 1D Child–Langmuir relation for ion diode current calculation | |
| Kim et al. | Low power cylindrical Hall thruster with magnetic field tailoring |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| EXSB | Decision made by sipo to initiate 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: 20170627 Termination date: 20200415 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |