CN105390357B - 一种环型离子推力器放电室 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种环型离子推力器放电室。使用本发明能够实现更大的推力和更高的比冲。本发明包括环型阳极组、两个阴极、环型磁极组和气体分配环。其中，环型磁极组的内环磁极组位于环型阳极组的内环阳极的内侧，外环磁极组位于外环阳极的外侧，底部磁极组位于底部阳极底部的下方；气体分配环包括内环气体分配环和外环气体分配环；两个阴极对称分布在内环气体分配环和外环气体分配环之间。本发明有效增加了有效吸收电子的阳极面积，使推力器能够在更高的放电电流下工作；增加了放电室的电离区域，从而显著提高了放电室等离子体均匀性、工质利用率和降低了放电损耗，使引出束流密度可大大提高，有效提高了推力器的性能和寿命。

Description

一种环型离子推力器放电室
技术领域
本发明涉及离子推力器技术领域，具体涉及一种环型离子推力器放电室。
背景技术
离子推力器的放电室是电离产生等离子体的场合，放电室的结构对放电效率、工质利用率、等离子体的密度和分布均匀性等有着极其重要的影响，从而决定着推力器的性能和寿命。目前传统离子推力器的放电室为单筒结构，电离区域受到限制，等离子体的分布不太均匀，限制着离子推力器推力和比冲的进一步提高。为了满足航天器对高功率长寿命离子推力器的需求，提出了一种环型的离子推力器放电室结构。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种环型离子推力器放电室，能够实现更大的推力和更高的比冲。
本发明的环型离子推力器放电室，包括环型阳极组、两个阴极、环型磁极组和气体分配环；其中，环型阳极组包括外环阳极、内环阳极和底部阳极，其中，底部阳极为圆环形，内环阳极和外环阳极长度相等且同轴，内环阳极和外环阳极的底部分别与底部阳极的内、外圆周固定连接；环型磁极组包括内环磁极组、外环磁极组和底部磁极组，其中，内环磁极组位于内环阳极的内侧，外环磁极组位于外环阳极的外侧，底部磁极组位于底部阳极底部的下方；气体分配环固定安装在底部阳极上，包括内环气体分配环和外环气体分配环；两个阴极对称分布在内环气体分配环和外环气体分配环之间，且两个阴极的顶端伸入环型阳极组内部。
进一步地，所述外环磁极组由三个环形磁极组成，三个环形磁极沿外环阳极径向分布，并通过永磁体固定；内环磁极组由三个环形磁极组成，三个环形磁极沿内环阳极径向分布，且与外环磁极组的三个环形磁极位相对称，并通过永磁体固定；底部磁极组由两个环形磁极组成，两个环形磁极分别位于底部阳极的内、外圆周处，且底部磁极组的环形磁极与外环磁极组的各环形磁极之间沿外环阳极径向距离相等，并通过永磁体固定。
进一步地，所述内环磁极组与内环阳极之间留有间隙，外环磁极组与外环阳极之间留有间隙，底部磁极组与底部阳极之间留有间隙。
有益效果：
本发明由于采用了环型阳极组以及与其相配合的环型磁极组，与传统离子推力器放电室相比，增加了有效吸收电子的阳极面积，使推力器能够在更高的放电电流下工作；增加了放电室的电离区域，从而显著提高了放电室等离子体均匀性、工质利用率和降低了放电损耗，使引出束流密度可大大提高；双阴极设计在实现阴极多模式工作的同时，降低了单个阴极发生羽状模式和失效的概率，从而减小了推力器发生阴极失效的概率，提高了推力器的性能和寿命。这些都使得这种结构的推力器能够实现更大的推力和更高的比冲。双阴极对称设计在实现阴极多模式工作的同时，降低了单个阴极发生羽状模式和失效的概率，从而减小了推力器发生阴极失效的概率，提高了放电室性能和寿命。环型磁极组产生的磁场具有更好的均匀性，对等离子体的约束更好，能够有效提高工质利用率，降低放电损耗。底部双路供气设计使输送到放电室内的工质气体分布更加均匀，提高了放电室的电离效率和等离子体分布均匀性。
附图说明
图1为本发明一种环型离子推力器放电室结构示意图主视图。
图2为本发明一种环型离子推力器放电室结构示意图俯视图。
其中，101-外环阳极，102-内环阳极，103-底部阳极，2-阴极，3-内环磁极组，4-外环磁极组，5-底部磁极组，601-内环气体分配环，602-外环气体分配环。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种环型离子推力器放电室，如图1和图2所示，包括：环型阳极组、两个阴极2、环型磁极组和气体分配环。其中，环型阳极组包括外环阳极101、内环阳极102和底部阳极103三部分，内环阳极102和外环阳极101为长度相等的同轴环型结构，底部阳极103为圆环形，内环阳极102和外环阳极101的底部分别与底部阳极103的内、外圆周固定连接，成为一体；环型磁极组包括内环磁极组3、外环磁极组4和底部磁极组5，其中，内环磁极组3通过永磁体固定装置安装在内环阳极102的内侧，并与内环阳极102之间留有3mm间隙，从而避免因为阳极热膨胀而导致内环磁极组与阳极之间导通，外环磁极组4通过永磁体固定装置安装在外环阳极101的外侧，并与外环阳极101之间留有3mm间隙，底部磁极组5通过永磁体固定装置安装底部阳极103底部的下侧，并与底部阳极103之间留有3mm间隙。气体分配环6位于环型阳极组内，固定安装在底部阳极103上，包括内环气体分配环601和外环气体分配环602。两个阴极2对称分布在内环气体分配环601和外环气体分配环602之间，顶端伸入环型阳极组内部。
环型阳极组的功能是收集电子和密封工质气体，包括内环阳极、外环阳极和底部阳极三部分，内环阳极和外环阳极为长度相等的同轴环型结构，底部阳极为圆环形，内环阳极和外环阳极的底部与底部阳极连接成为一体。双阴极的功能是为放电室内工质气体的电离提供原初电子，对称分布在环型阳极组内、外环之间，顶端伸入环型阳极组内部。环型磁极组的功能是约束电子运动，包括内环磁极组、外环磁极组和底部磁极组，其中内环磁极组分布在环型阳极组的内环阳极的内表面上，由3个磁极组成，沿内环阳极102径向分布；外环磁极组分布在环型阳极组外环阳极的外表面上，由3个磁极组成，沿外环阳极101径向分布；内环磁极组的3个环形磁极分别与外环磁极组的3个环形磁极位置相对称；底部磁极组分布在环型阳极组底部，由2个环型磁极组成，2个环形磁极分别位于底部阳极103的内、外圆周处，且底部磁极组的环形磁极与外环磁极组的各环形磁极之间沿外环阳极径向距离相等。气体分配环的功能是将工质气体均匀地输送到放电室内，包括内环气体分配环和外环气体分配环，分布在环型阳极组底部、阴极两侧。本发明中，由于采用了环型阳极组以及与其相配合的环型磁极组，与传统离子推力器放电室相比，增加了有效吸收电子的阳极面积，使推力器能够在更高的放电电流下工作；增加了放电室的电离区域，从而显著提高了放电室等离子体均匀性、工质利用率和降低了放电损耗，使引出束流密度可大大提高。双阴极对称设计在实现阴极多模式工作的同时，降低了单个阴极发生羽状模式和失效的概率，从而减小了推力器发生阴极失效的概率，提高了推力器的性能和寿命。底部双路供气设计使输送到放电室内的工质气体分布更加均匀，提高了放电室的电离效率和等离子体分布均匀性。这些都使得这种结构的推力器能够实现更大的推力和更高的比冲。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种环型离子推力器放电室，其特征在于，包括环型阳极组、两个阴极(2)、环型磁极组和气体分配环；其中，环型阳极组包括外环阳极(101)、内环阳极(102)和底部阳极(103)，其中，底部阳极(103)为圆环形，内环阳极(102)和外环阳极(101)长度相等且同轴，内环阳极(102)和外环阳极(101)的底部分别与底部阳极(103)的内、外圆周固定连接；环型磁极组包括内环磁极组(3)、外环磁极组(4)和底部磁极组(5)，其中，内环磁极组(3)位于内环阳极(102)的内侧，外环磁极组(4)位于外环阳极(101)的外侧，底部磁极组(5)位于底部阳极(103)底部的下方；气体分配环固定安装在底部阳极(103)上，包括内环气体分配环(601)和外环气体分配环(602)；两个阴极(2)对称分布在内环气体分配环(601)和外环气体分配环(602)之间，且两个阴极(2)的顶端伸入环型阳极组内部。
2.如权利要求1所述的环型离子推力器放电室，其特征在于，所述外环磁极组(4)由三个环形磁极组成，三个环形磁极沿外环阳极(101)轴向分布；内环磁极组(3)由三个环形磁极组成，三个环形磁极沿内环阳极(102)轴向分布，且与外环磁极组(4)的三个环形磁极沿轴向对应分布，并通过永磁体固定；底部磁极组(5)由两个环形磁极组成，两个环形磁极分别位于底部阳极(103)的内、外圆周处，且底部磁极组的环形磁极与外环磁极组的各环形磁极之间沿外环阳极轴向距离相等。
3.如权利要求1所述的环型离子推力器放电室，其特征在于，所述内环磁极组(3)与内环阳极(102)之间留有间隙，外环磁极组(4)与外环阳极(101)之间留有间隙，底部磁极组(5)与底部阳极(103)之间留有间隙。
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