CN106321388A - 一种离子推力器用轻量化散热壳体 - Google Patents

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耿海
杨福全
王小永
高俊
张文涛
胡竟
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    • 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

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Abstract

本发明涉及一种离子推力器用轻量化散热壳体，属于等离子体推进技术和热控技术领域。该壳体是由多孔金属板拼装成的，多孔金属板通过压板固定在离子推力器金属框架的外表面上，且每一个多孔金属板安装在与其形状相对应的离子推力器的金属框架上。本发明所述的壳体在保持屏蔽内部电场作用的同时，降低壳体相对离子推力器总体的质量占比，提高通过壳体向空间热辐射的传热效率，同时有利于出气从而降低低气压打火风险。

Description

一种离子推力器用轻量化散热壳体
技术领域
本发明涉及一种离子推力器的壳体，具体涉及一种用于离子推力器的多孔轻量化散热壳体，属于等离子体推进技术和热控技术领域。
背景技术
离子推力器外壳在传统设计方案中，其作用仅限于屏蔽内部电场，多采用高强度铝合金，通过掏铣工艺机加成型，该结构质量大，加工成本高，装配复杂。随着离子推力器口径和体积的增大，上述缺点越发明显；同时，随着离子推力器功耗的增加，也对通过外壳的散热效率提出了更高的要求。为了适应高性能、大功率离子推力器研制需求，需要研制一种具有散热功能且轻量化的离子推力器用壳体。
发明内容
针对现有离子推力器壳体质量大、加工成本高以及不具备散热功能的问题，本发明的目的在于提供一种离子推力器用轻量化散热壳体，该壳体在保持屏蔽内部电场作用的同时，降低壳体相对离子推力器总体的质量占比，提高通过壳体向空间热辐射的传热效率，同时有利于出气从而降低低气压打火风险。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种离子推力器用轻量化散热壳体，所述壳体是由多孔金属板拼装而成的；
多孔金属板通过压板固定在离子推力器金属框架的外表面上，且每一个多孔金属板安装在与其形状相对应的离子推力器金属框架上。
优选的，所述多孔金属板是采用本色阳极处理的5052铝镁系防锈铝板，发射率≥0.75，吸收率≤0.3，厚度为0.2mm～0.5mm。
采用激光切割工艺或冲压工艺在金属板上加工小孔。
多孔金属板上加工的小孔直径D由离子推力器内部屏栅极对壳体的电场强度来确定，电场强度E＝U/d，其中U为屏栅极电压，d为屏栅极距壳体的最小距离；通过试验测试可知，当U≤2000V时，优选D＝d/20，此时既可实现屏栅电压的可靠屏蔽，又不会造成离子推力器外稀薄等离子体的返流。
多孔金属板的开孔面积越大，则散热能力越好，质量也越轻，但结构强度越差，为了平衡上述两方面的要求，两个相邻小孔的中心距为L，小孔的直径为D，则优选L＝(1.2～1.8)D。
有益效果：
本发明所述的壳体采用多孔金属板结构替代传统的掏铣壳体结构，大幅度降低了壳体质量，传统壳体由于功能和工艺的限制，壁厚不能太薄，传统壳体质量占总质量的20％左右，而本发明所述壳体质量不超过总质量的5％。另外，本发明所述壳体的金属板上加工小孔，开孔结构使离子推力器内部高温部件直接暴露于深冷空间，提高了辐射散热的效率；同时，多孔结构有利于出气，降低低气压打火的风险。本发明所述壳体装配的工艺简单，制造成本低。
附图说明
图1为实施例中所述离子推力器的结构示意图。
图2为实施例中所述多孔金属板的局部放大示意图。
其中，1-多孔金属板Ⅰ，2-多孔金属板Ⅱ，3-多孔金属板Ⅲ，4-多孔金属板Ⅳ，5-压板Ⅰ，6-压板Ⅱ，7-压板Ⅲ，8-压板Ⅳ，9-小孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
实施例1
一种离子推力器用轻量化散热壳体，所述离子推力器的金属框架分为小圆柱体段、小圆锥体段、大圆锥体段以及大圆柱体段四部分，如图1所示；相应的，所述离子推力器的壳体由多孔金属板Ⅰ1、多孔金属板Ⅱ2、多孔金属板Ⅲ3以及多孔金属板Ⅳ4拼装成的；在所述多孔金属板的平面状态下，多孔金属板Ⅰ1和多孔金属板Ⅳ4的形状为长方形，多孔金属板Ⅱ2和多孔金属板Ⅲ3的形状为扇形；
所述多孔金属板是采用本色阳极处理的5052铝镁系防锈铝板，发射率≥0.75，吸收率≤0.3，厚度为0.3mm，并且采用激光切割工艺在其表面加工小孔9，如图2所示；
将所述多孔金属板装配到离子推力器的金属框架时：先将长方形的多孔金属板Ⅰ1以及多孔金属板Ⅳ4分别卷折为圆柱体结构，然后将多孔金属板Ⅰ1贴在离子推力器金属框架的小圆柱体段上，将多孔金属板Ⅳ4贴在离子推力器金属框架的大圆柱体段上，并且多孔金属板Ⅰ1和多孔金属板Ⅳ4的内表面分别与离子推力器的金属框架相接触，再将压板Ⅰ5置于多孔金属板Ⅰ1的外表面上并用螺钉将压板Ⅰ5与离子推力器的金属框架进行固定连接，将压板Ⅳ8置于多孔金属板Ⅳ4的外表面上并用螺钉将压板Ⅳ8与离子推力器的金属框架进行固定连接；将扇形的多孔金属板Ⅱ2和多孔金属板Ⅲ3分别卷折为圆锥体结构，然后将多孔金属板Ⅱ2贴在离子推力器金属框架的小圆锥体段上，将多孔金属板Ⅲ3贴在离子推力器金属框架的大圆锥体段上，并且多孔金属板Ⅱ2和多孔金属板Ⅲ3的内表面分别与离子推力器的金属框架相接触，再将压板Ⅱ6置于多孔金属板Ⅱ2的外表面上并用螺钉将压板Ⅱ6与离子推力器的金属框架进行固定连接，将压板Ⅲ7置于多孔金属板Ⅲ3的外表面上并用螺钉将压板Ⅲ7与离子推力器的金属框架进行固定连接，则在离子推力器的金属框架上形成所述壳体；
本实施例所述离子推力器内部屏栅极的电压U≤2000V，屏栅极距本实施例所述壳体的最小距离为d，所述多孔金属板上加工的小孔9直径D＝d/20，所述多孔金属板上两个相邻小孔9之间的中心距离L＝1.5D。
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 (5)

1.一种离子推力器用轻量化散热壳体，其特征在于：所述壳体是由多孔金属板拼装而成的；
多孔金属板通过压板固定在离子推力器金属框架的外表面上，且每一个多孔金属板安装在与其形状相对应的离子推力器金属框架上。
2.根据权利要求1所述的一种离子推力器用轻量化散热壳体，其特征在于：所述多孔金属板是采用本色阳极处理的5052铝镁系防锈铝板，发射率≥0.75，吸收率≤0.3，厚度为0.2mm～0.5mm。
3.根据权利要求1所述的一种离子推力器用轻量化散热壳体，其特征在于：采用激光切割工艺或冲压工艺在金属板上加工小孔(9)。
4.根据权利要求1所述的一种离子推力器用轻量化散热壳体，其特征在于：U为离子推力器内部的屏栅极电压，d为离子推力器内部的屏栅极距所述壳体的最小距离；U≤2000V时，多孔金属板上加工的小孔(9)直径D＝d/20。
5.根据权利要求1所述的一种离子推力器用轻量化散热壳体，其特征在于：多孔金属板上两个相邻小孔(9)的中心距为L，小孔(9)的直径为D，则L＝(1.2～1.8)D。
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