CN106593799A - 一种同轴型微弧阴极放电等离子体推进装置 - Google Patents

Abstract

一种同轴型微弧阴极放电等离子体推进装置，外壳、绝缘支撑、绝缘陶瓷、金属阴极、金属阳极、弹簧；金属阳极套在绝缘陶瓷内，绝缘陶瓷内壁与金属阳极相接，绝缘陶瓷一端与金属阳极圆凸台相接，另一端套入绝缘支撑内腔，绝缘陶瓷套入金属阴极，弹簧置于金属阴极、绝缘支撑之间，金属阴极、绝缘陶瓷、金属阳极置于外壳内，金属阴极一端紧贴外壳内壁面的环型凸起，另一端压紧弹簧，绝缘支撑另一端与外壳另一端固定连接；当外部电源控制单元放电时，烧蚀金属阴极产生高密度等离子体团，高密度等离子体团通过外壳1的端面高速飞出，再通过永磁体产生的磁场进行加速喷出产生推力。

Description

一种同轴型微弧阴极放电等离子体推进装置

技术领域

本发明涉及微纳卫星空间推进技术领域，特别是一种同轴型微弧阴极放电等离子体推进装置。

背景技术

随着现代科学技术的发展，人们逐渐对探测卫星的成本以及制作时间周期有了新的要求。微纳卫星是未来卫星发展的一个重要方向，微纳卫星具有成本低、研制周期短、扩展能力强、发射方式灵活等优点，并且体积小，行动灵活。因为具有上述优点，微纳卫星在进行目标侦察时便于对目标近距离、高精度逼近监视及对抗，同时又不会被目标发现，这在军事作战上有重大意义。

微纳卫星需要对目标进行长时间监视和高精度逼近，因此微纳卫星的推进模块具有较高要求，维纳卫星的长期监控使得推进模块应该具有较高的总冲，可以为微纳卫星提供较长时间的机动能力；高精度逼近则要求推进模块可以提供较小的元冲量，同时微纳卫星也对推进模块的体积、重量、功率等提出了一定的限制，因此需要提出一种体积小质量轻、工作时间长且能产生高总冲推力的适用于10kg以下级别的微纳卫星的微型电推进装置。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种同轴型微弧阴极放电等离子体推进装置。

本发明的技术解决方案是：一种同轴型微弧阴极放电等离子体推进装置，包括外壳、绝缘支撑、绝缘陶瓷、金属阴极、金属阳极、弹簧，其中

外壳为圆筒型，一端内壁有环型凸起，外壁有环型凹槽，绝缘支撑圆筒型，一端为环型凸起，绝缘陶瓷为环状筒，金属阴极为环形，金属阳极为一端设有圆凸台的圆柱形；金属阳极套在绝缘陶瓷内，绝缘陶瓷内壁与金属阳极(5)相接，绝缘陶瓷一端与金属阳极圆凸台相接，另一端套入绝缘支撑内腔，绝缘陶瓷套入金属阴极，弹簧置于金属阴极、绝缘支撑之间，金属阴极、绝缘陶瓷、金属阳极置于外壳内，金属阴极一端紧贴外壳内壁面的环型凸起，另一端压紧弹簧，绝缘支撑另一端与外壳另一端固定连接；

金属阴极通过外壳、金属阳极通过导线与外部电源控制单元相连，金属阴极为放电烧蚀的推进剂工质，当外部电源控制单元放电时，烧蚀金属阴极产生高密度等离子体团，弹簧将推动金属阴极滑动并保持金属阴极端面、绝缘陶瓷端面、金属阳极端面相对位置不变，高密度等离子体团通过外壳的端面高速飞出，再通过永磁体产生的磁场进行加速喷出产生推力。

所述的外壳材料为铝合金，绝缘支撑材料为聚四氟乙烯，金属阴极材料为钛，金属阳极材料为铜。

所述的金属阴极外壁与外壳内壁间存在10^-1mm量级的间隙，绝缘陶瓷外壁与金属阴极内壁间存在10^-1mm量级的间隙。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明等离子体推进装置中绝缘支撑2与外壳1之间通过绝缘支撑2的外螺纹和外壳1的内螺纹连接，金属阳极4和绝缘支撑2之间通过金属阳极4的外螺纹和绝缘支撑2的内螺纹连接，解决了推力器简单可靠装配的问题，实现了推力器批量生产的可能；

(2)本发明等离子体推进装置通过将弹簧6置于金属阴极4和绝缘支撑2之间，解决了金属阴极4作为推进剂不能自动供给的问题，实现了推进剂的自动供给。

附图说明

图1为本发明一种同轴型微弧阴极放电等离子体推进装置平面示意图；

图2为本发明外壳1的结构示意图；

图3为本发明绝缘支撑2的结构示意图。

具体实施方式

本发明针对微纳卫星在空间推进的需要，设计出一种利用烧蚀阴极材料放电产生等离子体并将等离子体加速的同轴型微弧阴极放电等离子体推进装置，本发明微弧阴极放电推力器属于一种微型电推进装置，利用放电电弧烧蚀阴极材料产生较高电离度的高速等离子体，并利用外加磁场加速聚焦等离子体以产生推力，从推进装置的各种性能指标来看，本发明微弧阴极放电推进装置与传统的微型冷气推进装置、化学微推进相比具有很大的优势，具有体积小质量轻的优点，同时工作时间长且能产生高总冲推力，使其完全适用于10kg以下级别的微纳卫星对目标的长时间监视和高精度逼近等任务需求，下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

一种同轴型微弧阴极放电等离子体推进装置，如图1所示包括外壳1、绝缘支撑2、绝缘陶瓷3、金属阴极4、金属阳极5、弹簧6，外壳1整体为圆筒型，材料为铝合金，如图2所示为外壳1的结构示意图，外壳1的一端内壁有环型凸起，外壁有环型的凹槽，另一端内壁面有螺纹。如图3所示为绝缘支撑2的结构示意图，绝缘支撑2整体为圆筒型，材料可以选择聚四氟乙烯，绝缘支撑的内壁面为螺纹，外壁面一端为螺纹，另一端为环型凸起。绝缘陶瓷3为环状筒，材料为陶瓷。金属阴极4的形状为环形，材料为钛。金属阳极5的形状为一头为圆凸台、另一端为有外螺纹的圆柱形，材料为铜。

金属阴极4、绝缘陶瓷3、金属阳极5依次置于外壳1内，金属阴极4外壁面与外壳1内壁面之间存在10^-1mm量级的间隙，金属阴极4的一端紧贴外壳1内壁面上一端的环型凸起，金属阴极4的另一端与弹簧6紧靠，绝缘陶瓷3套在金属阴极4内，绝缘陶瓷3的外壁面与金属阴极4内壁面之间存在10^-1mm量级的间隙，金属阳极5套在绝缘陶瓷3内，绝缘陶瓷3的内壁面与金属阳极5相接，绝缘陶瓷3的一端与金属阳极5的圆凸台相接，另一端从远离绝缘支撑2环型凸起一端的内腔套入到绝缘支撑2内，弹簧6置于金属阴极4和绝缘支撑2之间并被两者压紧，绝缘支撑2与外壳1之间通过绝缘支撑2的外螺纹和外壳1的内螺纹连接，金属阳极4和绝缘支撑2之间通过金属阳极4的外螺纹和绝缘支撑2的内螺纹连接。

金属阴极4通过外壳1以及与外壳1连接的导线与电源控制单元相连，金属阳极5通过导线与电源控制单元相连，金属阴极4为放电烧蚀的推进剂工质，当电源控制单元触发放电后，烧蚀金属阴极4，产生高密度等离子体团，弹簧6置于金属阴极4和绝缘支撑2之间，当金属阴极4烧蚀后，弹簧6将推动金属阴极4滑动，以保持金属阴极4端面、绝缘陶瓷3端面、金属阳极5端面相对位置不变，同时金属阴极4烧蚀产生的高密度等离子体团通过外壳1的端面高速飞出，由于反冲作用推力器产生推力。

其中，本发明等离子体推进装置中绝缘支撑2的材料为聚四氟乙烯，本发明等离子体推进装置是利用放电电弧烧蚀聚四氟乙烯产生等离子体，再通过永磁体产生的磁场进行加速喷出产生推力。本发明等离子体推进装置具有体积质量小、功耗低、长时间工作的优点，在减轻微纳卫星的质量，缩小微纳卫星体积，降低微纳卫星成本的同时，还能够帮助微纳卫星精确稳定地完成推进任务。因此，本发明在微纳卫星推进应用方面有着广阔的前景。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (3)

1.一种同轴型微弧阴极放电等离子体推进装置，其特征在于包括外壳(1)、绝缘支撑(2)、绝缘陶瓷(3)、金属阴极(4)、金属阳极(5)、弹簧(6)，其中

外壳(1)为圆筒型，一端内壁有环型凸起，外壁有环型凹槽，绝缘支撑(2)圆筒型，一端为环型凸起，绝缘陶瓷(3)为环状筒，金属阴极(4)为环形，金属阳极(5)为一端设有圆凸台的圆柱形；金属阳极(5)套在绝缘陶瓷(3)内，绝缘陶瓷(3)内壁与金属阳极(5)相接，绝缘陶瓷(3)一端与金属阳极(5)圆凸台相接，另一端套入绝缘支撑(2)内腔，绝缘陶瓷(3)套入金属阴极(4)，弹簧(6)置于金属阴极(4)、绝缘支撑(2)之间，金属阴极(4)、绝缘陶瓷(3)、金属阳极(5)置于外壳(1)内，金属阴极(4)一端紧贴外壳(1)内壁面的环型凸起，另一端压紧弹簧(6)，绝缘支撑(2)另一端与外壳(1)另一端固定连接；

金属阴极(4)通过外壳(1)、金属阳极(5)通过导线与外部电源控制单元相连，金属阴极(4)为放电烧蚀的推进剂工质，当外部电源控制单元放电时，烧蚀金属阴极(4)产生高密度等离子体团，弹簧(6)将推动金属阴极(4)滑动并保持金属阴极(4)端面、绝缘陶瓷(3)端面、金属阳极(5)端面相对位置不变，高密度等离子体团通过外壳(1)的端面高速飞出，再通过永磁体产生的磁场进行加速喷出产生推力。

2.根据权利要求1所述的一种同轴型微弧阴极放电等离子体推进装置，其特征在于：所述的外壳(1)材料为铝合金，绝缘支撑(2)材料为聚四氟乙烯，金属阴极(4)材料为钛，金属阳极(5)材料为铜。

3.根据权利要求1或2所述的一种同轴型微弧阴极放电等离子体推进装置，其特征在于：所述的金属阴极(4)外壁与外壳(1)内壁间存在10^-1mm量级的间隙，绝缘陶瓷(3)外壁与金属阴极(4)内壁间存在10^-1mm量级的间隙。