CN106438252B - 推力方向可控的会切场等离子体推力器 - Google Patents

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    • F03H1/0081—Electromagnetic plasma thrusters

Abstract

推力方向可控的会切场等离子体推力器，属于会切场等离子体推力器推力控制领域，本发明为解决改变会切场等离子体推力器推力方向的需求，解决现有机械结构结构复杂，重量大，可靠性低的问题。本发明的阴极通过阴极固定架固定在外壳的内侧壁；所述阴极包括N组U型励磁齿，N组U型励磁齿沿周向均布，所有U型开口均面向圆心；相邻两组U型励磁齿之间存在间隙；每组U型励磁齿由铁芯、磁路结构和铁芯依次连接构成，每组U型励磁齿的两个铁芯各自独立绕制一组励磁线圈；铁芯具有切面结构的尖端；每组U型励磁齿的磁路结构通过阴极固定架安装在外壳上；通过独立改变N组U型励磁齿中2N个励磁线圈通入电流的大小来控制推力器的推力方式。

Description

推力方向可控的会切场等离子体推力器
技术领域
本发明属于会切场等离子体推力器推力控制领域。
背景技术
会切场等离子体推力器HEMPT是国际上出现的一种新型电推进装置，不仅兼具电推进的比冲高，结构紧凑，污染小等优点，而且由于其特殊的结构，使得其推力稳定性高，具有连续可调的能力，而且对壁面溅蚀非常小，从而使寿命大大提高。
其工作原理是，会切场推力器陶瓷通道内具有会切磁场，除磁尖端外，大部分磁场为平行于壁面方向，电子主要沿磁力线做螺旋漂移运动，很难跨越磁场到达壁面。粒子在磁镜力作用下来回反弹，直至与中性粒子碰撞发生电离，产生离子在轴向电场作用下被喷出通道，并与电子中和，产生推力。
在会切场等离子推力器的使用过程中，有时会有改变推力器推力方向的需要。为了满足这种需要，人们经常会采用安装一些机械结构的方法，在固定推力器的位置上或其内部增加一些结构的自由度。而由于使用传统的机械结构来改变推力器的推力方向，需要安装额外的电机、转动结构，不仅结构较为复杂，重量较大，而且会导致整体结构可靠性降低。
发明内容
本发明目的是为了解决改变会切场等离子体推力器推力方向的需求，解决现有机械结构结构复杂，重量大，可靠性低的问题，提供了一种推力方向可控的会切场等离子体推力器。
本发明所述推力方向可控的会切场等离子体推力器包括外壳、放电通道、阳极、M级永磁铁、M-1层导电环和阴极，放电通道的底端设置阳极，放电通道出口设置阴极，放电通道与外壳之间设置M级永磁铁，每两级永磁铁之间设置一层导电环；
还包括阴极固定架，阴极通过阴极固定架固定在外壳的内侧壁；
所述阴极包括N组U型励磁齿，N组U型励磁齿沿周向均布，所有U型开口均面向圆心；相邻两组U型励磁齿之间存在间隙；
每组U型励磁齿由铁芯、磁路结构和铁芯依次连接构成，每组U型励磁齿的两个铁芯各自独立绕制一组励磁线圈；铁芯具有切面结构的尖端；相邻两组U型励磁齿的铁芯的尖端之间存在间隙；每组U型励磁齿的磁路结构通过阴极固定架安装在外壳上；
通过独立改变N组U型励磁齿中2N个励磁线圈通入电流的大小来控制推力器的推力方式。
优选地，2N个励磁线圈通入电流相等，放电通道出口处的磁场呈中心对称，推力器的推力方向为轴向。
优选地，2N个励磁线圈通入电流不相等，放电通道出口处的磁场呈中心不对称，推力器的推力方向与轴向存在夹角。
优选地，铁芯和磁路结构的材料均采用电工纯铁DT4C实现。
优选地，铁芯的尖端位于U型励磁齿的U型开口处，且与放电通道的出口平齐。
优选地，铁芯尖端的切面角度为45°。
本发明的优点：通过在推力器出口处安装一种线圈磁路结构，不仅保持了原会切场推力器基本结构不变，同时还可以通过调整阴极中所有励磁线圈中的电流，实现对会切场等离子体推力器推力方向一定程度上的控制。在结构复杂程度，结构重量，可靠性上都较传统的机械结构有一定的优势。
附图说明
图1是本发明所述推力方向可控的会切场等离子体推力器的立体结构示意图；
图2是图1的俯视图；
图3是图2的A-A剖视图；
图4是阴极的多个线圈通入相同大小电流的示意图及对应推力器出口处磁场位形图；
图5是阴极的多个线圈通入不同大小电流的示意图及对应推力器出口处磁场位形图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述推力方向可控的会切场等离子体推力器是一种新型的HEMPT结构，是通过将一种线圈磁路结构加在会切场等离子体推力器通道上方的方式，通过改变其羽流的对称性来实现控制会切场等离子推力器推力方向的方案。
本实施方式中以N＝4为例，则阴极1中共有八个励磁线圈。
每组U型励磁齿中的铁芯101与相邻的磁路结构102相连，磁路结构102通过螺栓安装在阴极固定架7上，使励磁线圈内的铁芯101与相邻组U型励磁齿的铁芯101之间具有大小相同且均匀的间隙，并使铁芯101的尖端与推力器出口平齐。阴极固定架7通过螺栓与外壳2固定连接，阴极固定架7与外壳2大小相互配合。
本实施例的会切场等离子体推力器在运行时，通过改变八个励磁线圈中的电流，可以改变推力器出口处的磁场位型，使得原推力器出口处的羽流产生周向对称性的变化，从而使推力器的推力方向产生改变。
本实施例的推力器在出口处的磁场位型如图4、图5所示。图4中，八个励磁线圈中的电流大小相同，出口处的磁场呈中心对称，可知推力器的推力方向为轴向。图5中，改变了八个励磁线圈中部分线圈的电流，使其为零，出口处的磁场位型呈明显的中心不对称，可知推力器的推力方向会受到影响而改变，与轴向存在夹角。
通过以不同的方式改变八个励磁线圈中的电流，即可实现对推力器推力方向任意的控制。

Claims (6)

1.推力方向可控的会切场等离子体推力器，包括外壳(2)、放电通道(3)、阳极(4)、M级永磁铁(5)、M-1层导电环(6)和阴极(1)，放电通道(3)的底端设置阳极(4)，放电通道(3)出口设置阴极(1)，放电通道(3)与外壳(2)之间设置M级永磁铁(5)，每两级永磁铁(5)之间设置一层导电环(6)；
其特征在于，还包括阴极固定架(7)，阴极(1)通过阴极固定架(7)固定在外壳(2)的内侧壁；
所述阴极(1)包括N组U型励磁齿，N组U型励磁齿沿周向均布，所有U型开口均面向圆心；相邻两组U型励磁齿之间存在间隙；
每组U型励磁齿由铁芯(101)、磁路结构(102)和铁芯(101)依次连接构成，每组U型励磁齿的两个铁芯(101)各自独立绕制一组励磁线圈；铁芯(101)具有切面结构的尖端；相邻两组U型励磁齿的铁芯(101)的尖端之间存在间隙；每组U型励磁齿的磁路结构(102)通过阴极固定架(7)安装在外壳(2)上；
通过独立改变N组U型励磁齿中2N个励磁线圈通入电流的大小来控制推力器的推力方式。
2.根据权利要求1所述推力方向可控的会切场等离子体推力器，其特征在于，2N个励磁线圈通入电流相等，放电通道(3)出口处的磁场呈中心对称，推力器的推力方向为轴向。
3.根据权利要求1所述推力方向可控的会切场等离子体推力器，其特征在于，2N个励磁线圈通入电流不相等，放电通道(3)出口处的磁场呈中心不对称，推力器的推力方向与轴向存在夹角。
4.根据权利要求1所述推力方向可控的会切场等离子体推力器，其特征在于，铁芯(101)和磁路结构(102)的材料均采用电工纯铁DT4C实现。
5.根据权利要求1所述推力方向可控的会切场等离子体推力器，其特征在于，铁芯(101)的尖端位于U型励磁齿的U型开口处，且与放电通道(3)的出口平齐。
6.根据权利要求1或5所述推力方向可控的会切场等离子体推力器，其特征在于，铁芯(101)尖端的切面角度为45°。
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