CN106050592B - 霍尔推力器散热支架 - Google Patents

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Abstract

霍尔推力器散热支架，属于霍尔推力器领域，本发明为解决大功率下霍尔推力器整体或者局部过热问题。本发明包括散热环、径向散热底沿、m个导热支撑肋板、放电通道安装环面和n个隔热块；散热环为中心线轴向延伸的圆环结构，散热环的底端设置有向外折痕的径向散热底沿，径向散热底沿的下表面沿周向均匀设置有n个隔热块，且每个隔热块均设置有穿透径向散热底沿的底板安装孔；放电通道安装环面与散热环同轴设置，放电通道安装环面通过沿周向均布的m个导热支撑肋板与散热环的内侧壁连接；相邻两个导热支撑肋板之间的径向孔洞为安装外励磁线圈和外磁屏提供空间；导热支撑肋板与散热环顶端的轴向距离为散热环轴向高度的1/7～1/5。

Description

霍尔推力器散热支架
技术领域
本发明属于霍尔推力器领域。
背景技术
霍尔推力器(Hall Thruster)是利用电能将工质气体(通常为惰性气体Xe)电离生成等离子体，然后利用推力器环形通道内形成的电场将离子沿着轴向加速喷出通道获得动力的电推进装置。它具有结构简单、比冲高、效率高、工作寿命长、功率密度高、在轨服役时间长等特点，适用于各类航天器的姿态控制、轨道修正、轨道转移、动力补偿、位置保持、重新定位、离轨处理、宇宙探测和星际航行等任务，是目前国际上应用最多最成熟的电推进系统。
目前，大功率、大推力霍尔推力器是电推进一个研究热点。而大功率必然带来的就是高电压和大电流，推力器整体面临其带来的巨大热载荷问题，在氪工质霍尔推力器上表现的尤为明显。由于霍尔推力器对外主要的散热方式是通过其外表面辐射散热，所以在大功率下因其散热能力限制，其自身热量不断积聚，会造成推力器放电通道内整体或者局部过热，进而影响放电过程，并且陶瓷放电通道在高温下。同时霍尔推力器局部结构，如磁路结构、底板走线位置等，由于其本身工作特性，对工作温度有一定要求，因此热量大量集聚，会造成推力器这些部位的温度升高，当其温度过高会对推力器整体性能以及局部功能(如底板走线作用)产生不利影响。总而言之，为实现大功率霍尔推力器的长时间稳定可靠工作，增加其整体散热能力是必要。
发明内容
本发明目的是为了解决大功率下霍尔推力器整体或者局部过热问题，提供了一种霍尔推力器散热支架。
本发明所述霍尔推力器散热支架，包括散热环、径向散热底沿、m个导热支撑肋板、放电通道安装环面和n个隔热块；m和n均为正整数，m>3，n>5；
散热环为中心线轴向延伸的圆环结构，散热环的底端设置有向外折痕的径向散热底沿，径向散热底沿的下表面沿周向均匀设置有n个隔热块，且每个隔热块均设置有穿透径向散热底沿的底板安装孔；
放电通道安装环面与散热环同轴设置，放电通道安装环面通过沿周向均布的m个导热支撑肋板与散热环的内侧壁连接；相邻两个导热支撑肋板之间的径向孔洞为安装外励磁线圈和外磁屏提供空间；
导热支撑肋板与散热环顶端的轴向距离为散热环轴向高度的1/7～1/5。
优选的方案为：放电通道安装环面具有中心通孔，且放电通道安装环面上设置有多个通道安装孔，用于与放电通道的底部固定连接。
优选的方案为：n个隔热块所占周向总角度为10°～15°之间。
优选的方案为：散热环、径向散热底沿、m个导热支撑肋板和放电通道安装环面均采用铝合金材料。
优选的方案为：散热环的外侧壁和m个导热支撑肋板的上表面进行发黑处理或喷涂处理。
优选的方案为：散热环的内侧壁、径向散热底沿的下表面、m个导热支撑肋板的下表面和放电通道安装环面的下表面进行光亮处理。
优选的方案为：所述光亮处理为镀金或镀银工艺。
本发明的优点：霍尔推力器散热支架起到双重作用，一是对陶瓷放电通道起到支撑固定作用，二是通过与陶瓷通道接触面传导放电通道壁面上产生的热流，并通过大面积散热表面增加对空间辐射散热。
通过散热支架结构件作用，将陶瓷放电通道壁面上产生的热量直接通过两者间的接触面传导到散热结构上，降低陶瓷放电通道的温度，同时保证放电通道与磁路、底板等对温度敏感部位不直接接触，并通过将支架冲底板一侧表面做光亮处理，如镀金或镀银，减小辐射系数来减小放电通道对磁路和底板的辐射热量；通过对支架冲陶瓷一侧表面发黑处理或者喷涂，增大辐射系数，增大对外空间辐射热量；通过减小支架与底板接触部位面积小，减小支架与底板的传热，保证底板温度符合走线安全可靠性要求。
附图说明
图1是本发明所述霍尔推力器散热支架的立体结构示意图；
图2是图1的俯视图；
图3是图1的仰视图；
图4是图1的侧视图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述霍尔推力器散热支架参见图1所示，本实施方式采用一体加工方式，采用一整块材料直接加工完成，保证整体结构间具有较小的热阻。
本实施方式中霍尔推力器散热支架结构使用材料为导热系数高，并且抗溅射能力较强的铝合金，铝合金的导热系数一般为210W/(m·K)。
本实施方式的散热支架在安装使用中，散热支架与其他部件在两个部位发生接触，一个是其作为陶瓷支架作用，将陶瓷放电通道固定于其中间的放电通道安装环面4；另一处为其本身通过螺栓透过底板安装孔7固定于底板上。
m个导热支撑肋板3内侧连接放电通道安装环面4，m个导热支撑肋板3的外侧连接散热环1，m个导热支撑肋板3既担负连接作用，又起到部分对外空间散热作用；散热环1做了向上延长处理，增加散热面积；相邻两个导热支撑肋板3之间的径向孔洞5为安装外励磁线圈和外磁屏提供空间，避免其与散热支架间相互干涉。
散热支架面向陶瓷放电通道一侧表面发黑处理或者喷涂，增大辐射系数。
散热支架面向底板一侧表面做光亮处理，如镀金或镀银，减小辐射系数。
散热支架与底板接触部位(n个隔热块6)面积小，减小散热支架与底板的传热。
本实施方案以2.5kW霍尔推力器的散热支架结构为例，其整体结构如图1所示，其中放电通道安装环面4最大直径为96mm，加工2mm宽、2mm高的定位环对陶瓷放电通道安装定位；周向四块(m＝4)导热支撑肋板3所占圆周角度60°，另外三分之一空间均匀镂空成四块径向孔洞5，为安装外励磁线圈和外磁屏提供空间，避免相互之间干涉；散热环1的外径200mm，厚度3mm，与延长段合计轴向高度28mm；6块(n＝6)隔热块6在圆周上所占角度合计为10°，保证安装强度前提下，尽可能减小其面积，减少散热支架结构对底板传热，同时在其上打通孔安装螺栓，将散热支架固定于底板上。

Claims (7)

1.霍尔推力器散热支架，包括散热环(1)和m个导热支撑肋板(3)；其特征在于，还包括径向散热底沿(2)、放电通道安装环面(4)和n个隔热块(6)；m和n均为正整数，m>3，n>5；
散热环(1)为中心线轴向延伸的圆环结构，散热环(1)的底端设置有向外折痕的径向散热底沿(2)，径向散热底沿(2)的下表面沿周向均匀设置有n个隔热块(6)，且每个隔热块(6)均设置有穿透径向散热底沿(2)的底板安装孔(7)；
放电通道安装环面(4)与散热环(1)同轴设置，放电通道安装环面(4)通过沿周向均布的m个导热支撑肋板(3)与散热环(1)的内侧壁连接；相邻两个导热支撑肋板(3)之间的径向孔洞(5)为安装外励磁线圈和外磁屏提供空间；
导热支撑肋板(3)与散热环(1)顶端的轴向距离为散热环(1)轴向高度的1/7～1/5。
2.根据权利要求1所述霍尔推力器散热支架，其特征在于，放电通道安装环面(4)具有中心通孔，且放电通道安装环面(4)上设置有多个通道安装孔4-1，用于与放电通道的底部固定连接。
3.根据权利要求1所述霍尔推力器散热支架，其特征在于，n个隔热块(6)所占周向总角度为10°～15°之间。
4.根据权利要求1所述霍尔推力器散热支架，其特征在于，散热环(1)、径向散热底沿(2)、m个导热支撑肋板(3)和放电通道安装环面(4)均采用铝合金材料。
5.根据权利要求1所述霍尔推力器散热支架，其特征在于，散热环(1)的外侧壁和m个导热支撑肋板(3)的上表面进行发黑处理或喷涂处理。
6.根据权利要求1所述霍尔推力器散热支架，其特征在于，散热环(1)的内侧壁、径向散热底沿(2)的下表面、m个导热支撑肋板(3)的下表面和放电通道安装环面(4)的下表面进行光亮处理。
7.根据权利要求6所述霍尔推力器散热支架，其特征在于，所述光亮处理为镀金或镀银工艺。
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Application publication date: 20161026

Assignee: Shanghai Yili Technology Co.,Ltd.

Assignor: HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY

Contract record no.: X2021230000046

Denomination of invention: Heat dissipation bracket of Hall thruster

Granted publication date: 20180907

License type: Exclusive License

Record date: 20210708