CN106523313B - 一种微脉冲等离子体推力器 - Google Patents

Abstract

一种微脉冲等离子体推力器，该微脉冲等离子体推力器为共阳极型；其阳极周边对称设置阴极板，该阳极和阴极板之间设置推进剂且三者之间的空间形成放电室；所述推进剂侧边设置有防爬电陶瓷绝缘片；电容器阴极和阴极板连接，电容器阳极和阳极连接；所述阴极板上设置火花塞。本发明基于目前相对成熟的平行板尾部馈送推进剂的脉冲等离子体推力器技术，提出了一种平行板共阳极型微脉冲等离子体推力器的概念，本概念的内涵为在目前成熟的脉冲等离子体离子推力器设计的基础上将单个阴极板改进为四个相同的阴极板对称布局于中空结构阳极板四周，形成具有四个相同放电室结构设计，保持高比冲下提高元冲量，以实现总冲提高的目的。

Description

一种微脉冲等离子体推力器

技术领域

本发明涉及一种用于空间的微脉冲等离子体推力器设备，属于航天器推进技术领域。

背景技术

脉冲等离子体推力器是一种基于点火电极产生等离子体，由此引起电容器放电并烧蚀电容器连接的两电极之间推进剂表面，汽化和热电离的推进剂在电磁力和气动力作用下喷出产生推力的脉冲等离子体设备。主要用于微纳卫星旋转消除、轨道定位（轨道插入）、长期在轨（轨道维持）、轨道和位置调整、姿态控制、编队飞行、卸轨等任务。电推进技术愈益成为衡量相关卫星平台先进性的标志之一。微脉冲等离子体推力器可产生小而精确的离散化冲量，其中总冲是衡量其性能的重要指标之一，尤其面向在微纳卫星姿态轨控任务完成方面，这一指标非常的重要。如何在保持推进系统结构简单、质量轻，且高比冲等优势特点情况下，进一步提高总冲，对于微脉冲等离子体推力器具有重要意义。

目前微脉冲等离子体常采用平行板型和同轴型两种结构的放电室，其中，平行板型放电室均采用火花塞作为引弧元部件，用于诱导主电容放电产生推力。推力器星上安装时，单一方向上，往往采用一个放电室，并且现有飞行产品绝大多数采用平行板结构的放电室。根据星上任务，要求单个放电室具有较高的总冲，就要求放电室元冲量较高，并且关键组件电容器和火花塞具有较高可靠性，然而，由于烧蚀等离体滞后燃烧等缺点，在微小型脉冲等离子体方面不易提高元冲量；并且由于聚四氟乙烯烧蚀，火花塞不可避免的会发生积碳，从而工作失效，欲提高火花塞寿命和可靠性具有较大工程难度。因此，在微小型脉冲等离子体推力器总冲提高方面，在工程上具有很大难度。据文献表明，有科研工作者采用两个或者多个放电室，即一个安装方向上一个电容器对应两个或者多个放电室，用于提高总冲，然而这种方式一定程度上增加了质量和空间。

发明内容

本发明提供一种微脉冲等离子体推力器，通过合理布局，增加紧致型放电室个数，在质量增加不大情况下，大幅度提高脉冲等离子体推力器的总冲，同时也有效规避了较大工程难度。

本发明所采用的技术方案为：

一种微脉冲等离子体推力器，包括阳极、阴极板、电容、推进剂、火花塞，该微脉冲等离子体推力器为共阳极型；其阳极周边对称设置阴极板，该阳极和阴极板之间设置推进剂且三者之间的空间形成放电室；所述推进剂侧边设置有防爬电陶瓷绝缘片；电容器阴极和阴极板连接，电容器阳极和阳极连接；所述阴极板上设置火花塞。

所述阴极板为四块，其以阳极为中心对称排布，该阳极和阴极板之间设置推进剂且三者之间的空间形成四个宽度和间距相等的放电室I、放电室II、放电室III和放电室IV；放电室I和放电室III为一组，放电室II和放电室IV为另一组，两者之间处于相反的工作状态。

所述阳极具有中空结构。

所述防爬电陶瓷绝缘片一侧面有中空T形槽，另一侧面的槽底边开有隔断。本发明的优点为：

本发明基于目前相对成熟的平行板尾部馈送推进剂的脉冲等离子体推力器技术，提出了一种平行板共阳极型微脉冲等离子体推力器的概念，本概念的内涵为在目前成熟的脉冲等离子体离子推力器设计的基础上将单个阴极板改进为四个相同的阴极板对称布局于中空结构阳极四周，形成具有四个相同放电室结构，保持高比冲下提高元冲量，以实现总冲提高的目的。本发明的主要优点如下：① 两个放电室同时工作，在保持小功率下较高比冲的同时，提高了单次脉冲放电元冲量，有助于推力器总冲的提高。

② 一组放电室失效之后启动另外一组放电室，提高了脉冲等离子体推力器的寿命及可靠性，有助于推力器总冲的提高。

③采用中空阳极结构，便于放电在阳极沉积的热量导出，降低了烧蚀延迟，提升了效率，进一步提升了推力器的性能及可靠性。

④防爬电陶瓷具有中空梯形槽且槽边有隔断，可防止烧蚀区域向推进剂侧面延伸形成积碳，避免了因积碳导致阴阳极导通短路，提升了推力器可靠性。

⑤在推力器性能提升的同时，采用规整共阳极结构，节省了材料，降低了重量，有利于脉冲等离子体推力器集成一体化，提高了推力器适用性。

附图说明

图1为本发明立体结构示意图；

图2为图1的主视图。

图3为本发明防爬电绝缘陶瓷片的立体结构示意图。

具体实施方式

一种微脉冲等离子体推力器，包括阳极、阴极板、电容、推进剂、火花塞，该微脉冲等离子体推力器为共阳极型；其阳极5周边对称设置阴极板2，该阳极5和阴极板2之间设置推进剂3，而推进剂3侧边设置有防爬电陶瓷绝缘片；电容器7阴极和阴极板2连接，电容器7阳极和阳极5连接；所述阴极板2上设置火花塞1。

下面以四个放电室为例，进一步详细说明本发明。

参照图1、图2，一种微脉冲等离子体推力器，为共阳极型，由一只无极性储能电容器7、四块相同平板型阴极板2、一个中空结构的阳极5（中空结构相比实心，可降低重量（在航天领域，重量特别重要，降低重量意味着降低成本）；此外，中空结构便于热量导出，降低烧蚀延迟，增强烧蚀效率，进而提高推力器性能和可靠性）、四个相同聚四氟乙烯推进剂3、八块相同具有中空梯形槽且槽底边有隔断的防爬电绝缘陶瓷片4组成。其中，四块阴极板通过导线8和电容器7的阴极螺纹连接，阳极5和电容器7的阳极通过导线9连接。四块阴极板2以阳极5为中心对称布置，而阴极板2和阳极5之间设置推进剂3，该推进剂3的两侧安装防爬电绝缘陶瓷片4，是的四块阴极板2、中空阳极5以及推进剂烧蚀端面三者围成的区域形成了四个相同的放电室，四个放电室布局于以中空阳极为中心的阳极周围上。四个放电室在阳极5周围均匀对称分布，以阴极板2对应的放电室以起点，放电室顺时针标号，分别为I、II、III、IV。放电室阴极板和阳极均材料采用低阻抗、较低的腐蚀率、良好的机械特性、热特性的无氧铜。每个阴极板头部均有一只火花塞1，两者通过螺纹连接，这样接触良好，有效降低接触阻抗，降低损耗。而且所述阴极板2外侧和火花塞1的接触处采用点胶固封，防止连接松动，加强连接强度，这样既可保持良好电连接，也可保持机械连接，提高抗振动能力。所述推进剂侧面均有相同的防爬电绝缘陶瓷片4，其一侧面具有中空T形槽12，另一侧面的槽底边开有隔断11，防止烧蚀区域向推进剂侧面延伸形成积碳，避免了因积碳导致阴阳极导通短路，提升了推力器可靠性。此外，也降低质量，热量便于导出，降低推进剂之后烧蚀，从而提高推力器性能四个放电室分为两组，I和III为第一组，II和IV为第2组，每次推力器工作时启动一组放电室，另外一组处于关机状态，当一组放电室失效后，启动另外一组放电室。

本发明可以很大程度上在保持高比冲情况下，提高推力器的元冲量，并且增强推力器寿命以及可靠性，从而提高推力器的总冲，可广泛应用于对微推进系统要求苛刻的微纳卫星诸如姿、轨控以及编队飞行等。

Claims (6)

1.一种微脉冲等离子体推力器，包括阳极、阴极板、电容、推进剂、火花塞，其特征在于：该微脉冲等离子体推力器为共阳极型；其阳极（5）周边对称设置阴极板（2），该阳极（5）和阴极板（2）之间设置推进剂（3）且三者之间的空间形成放电室；所述推进剂（3）侧边设置有防爬电陶瓷绝缘片；电容器（7）阴极和阴极板（2）连接，电容器（7）阳极和阳极（5）连接；所述阴极板（2）上设置火花塞（1）。

2.根据权利要求1所述的一种微脉冲等离子体推力器，其特征在于：所述阴极板（2）为四块，其以阳极（5）为中心对称排布，该阳极（5）和阴极板（2）之间设置推进剂（3）且三者之间的空间形成四个宽度和间距相等的放电室I、放电室II、放电室III和放电室IV；放电室I和放电室III为一组，放电室II和放电室IV为另一组，两者之间处于相反的工作状态。

3.根据权利要求1或2所述的一种微脉冲等离子体推力器，其特征在于：所述阳极（5）具有中空结构（6）。

4.根据权利要求1或2所述的一种微脉冲等离子体推力器，其特征在于：所述防爬电陶瓷绝缘片（4）一侧面有中空T形槽（12），另一侧面的槽底边开有隔断（11）。

5.根据权利要求1或2所述的一种微脉冲等离子体推力器，其特征在于：所述阴极板（2）和火花塞（1）通过螺纹连接。

6.根据权利要求5所述的一种微脉冲等离子体推力器，其特征在于：所述阴极板（2）外侧和火花塞（1）的接触处采用点胶固封。