CN108005868A - 一种阳极-冷气推力器结合供气会切磁场等离子体推力器 - Google Patents
一种阳极-冷气推力器结合供气会切磁场等离子体推力器 Download PDFInfo
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Abstract
一种阳极‑冷气推力器结合供气会切磁场等离子体推力器，属于航天技术和低温等离子体领域，本发明为解决解决现有会切磁场推力器难以有效产生小于100微牛推力问题。本发明包括放电通道、导磁环、第一永磁体、阳极、导磁环导热片、第二永磁体和外壳，放电通道的底部设置有阳极，放电通道的外侧壁与外壳之间、从底部至放电出口依次设置两块永磁体，两块永磁体之间设置有导磁环和导磁环导热片，两块永磁体与放电通道的外侧壁之间留有气隙；还包括冷气推力器；阳极为中空结构，冷气推力器设置在阳极的内腔，冷气推力器可以单独工作，用于产生微牛级推力；放电通道为变截面通道，通道半径从放电出口向底部逐渐缩小，放电通道侧壁的纵截面为直角梯形。
Description
技术领域
发明涉及一种会切磁场等离子体推力器，具体涉及一种阳极-冷气推力器结合供气会切磁场等离子体推力器，属于航天技术和低温等离子体领域。
背景技术
会切磁场等离子体作为一种新型的空间电推进技术，具有推力密度大，系统组成简单、可靠性高、寿命长、易于集成化和推力大范围连续可调的特点，是未来无拖曳控制卫星的主力推力器之一。
图1是现有技术的会切磁场等离子体推力器结构示意图，该推力器包括放电通道1、导磁环2、第一永磁体3、阳极5、导磁环导热片6、第二永磁体7和外壳8，这种结构会切磁场推力器存在的问题是：难以有效产生小于100微牛的推力。
发明内容
本发明目的是为了解决现有会切磁场推力器难以有效产生小于100微牛推力的问题，提供了一种阳极-冷气推力器结合供气会切磁场等离子体推力器。
本发明所述一种阳极-冷气推力器结合供气会切磁场等离子体推力器，包括放电通道1、导磁环2、第一永磁体3、阳极5、导磁环导热片6、第二永磁体7和外壳8，
放电通道1的底部设置有阳极5，放电通道1的外侧壁与外壳8之间、从底部至放电出口依次设置第一永磁体3和第二永磁体7，第一永磁体3和第二永磁体7之间设置有导磁环2和导磁环导热片6，第一永磁体3、第二永磁体7与放电通道1的外侧壁之间留有气隙；
其特征在于，还包括冷气推力器4；
阳极5为中空结构，冷气推力器4设置在阳极5的内腔，冷气推力器4可以单独工作，用于产生微牛级推力；
放电通道1为变截面通道，通道半径从放电出口向底部逐渐缩小，放电通道1侧壁的纵截面为直角梯形。
优选地，还包括加热器9和两个加热器接线柱10，加热器9设置于阳极5的内腔，且位于冷气推力器4下方，阳极5的侧壁上具有两个对称的安装孔，用于引出所述两个加热器接线柱10。
优选地，两个加热器接线柱10的内端紧固在加热器9上，实现加热器9和加热器接线柱10的电连接；两个加热器接线柱10分别从两个安装孔穿出阳极5的侧壁，两个加热器接线柱10的外端固接在外壳8上。
优选地，两个加热器接线柱10与阳极5之间螺纹连接。
优选地，加热器9为电热丝结构。
优选地，冷气推力器4的出口区与阳极5前端面平齐。
优选地，冷气推力器4具有小尺寸喉部。
优选地，阳极5前端面与第一永磁体3的底部平齐。
优选地，所述阳极5采用非导磁的耐高温良导热材料。
优选地，放电通道1材料可选为氮化硼陶瓷，厚度较大。
优选地，放电通道1材料也可选为钛金属，此时与阳极5之间是绝缘的。
本发明的有益效果：本发明所述会切磁场等离子体推力器，能够将推力范围下探至10微牛以下，且能够提供较高的比冲，同时具有常规会切磁场推力器推力密度大、系统简单、推力大范围连续可调等特点。
附图说明
图1是背景技术涉及的会切磁场等离子体推力器的结构示意图；
图2是本发明所述一种阳极-冷气推力器结合供气会切磁场等离子体推力器的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
与现有技术相比，本发明的阳极5为中空结构，冷气推力器4设置在阳极5的内腔，冷气推力器4用于产生低于10微牛的推力；放电通道1为变截面通道。
所述第一永磁体3和第二永磁体7为两块强永磁体，两块永磁体的N、S极分别为两个窄端，且通过外壳8强行将互相排斥的两块永磁体拼接在一起，形成一个磁镜，约束电子电离工质。导磁环2用以拓宽磁镜的范围，改善磁镜处的磁场位型，导磁环2的外径与永磁体的外径在一定的比例范围内。
放电通道1是一个有一定角度的变截面通道，以此提升超低流量下工质的通流密度。通道底部与阳极配合。通道半径从放电出口向底部逐渐缩小，放电通道1侧壁的纵截面为直角梯形。放电通道1底部与阳极5配合。放电通道1可以采用陶瓷或者金属，为金属壁面时与阳极5之间绝缘。放电通道1与两块永磁体之间有一定的间隙，防止通道内产生的热量直接传递至永磁体导致永磁体退磁造成失效。
阳极5为一个中空结构，用来包裹冷气推力器4，所用材料为一种耐高温金属。阳极5前端面高出第一永磁体3的底部一定距离，但是远离磁镜，也可齐平放置。其次，在阳极5后端有2个对称布置的安装孔，可以引出加热器9的2个接线柱(加热器接线柱10)。
所述加热器9为一个电热丝，加热器9的2个加热器接线柱10通过阳极5后端的两个安装孔引出。加热器接线柱10与外壳8组成一体，再通过螺纹与阳极5紧固在一起，与加热器9实现导通连接。在冷气推力器4单独工作时，加热器接线柱10被接通，对工质气体进行加热。
冷气推力器4为一种能够实现低于10微牛的推力器，所用材料为一种良好导热且耐高温的绝缘材料，其出口区与阳极5前端面齐平。该冷气推力器4具有很小尺寸的喉部，结合一定的膨胀比，实现小流量的供给。冷气推力器4底部与气体存储系统连接，整体都被导电的阳极包裹。冷气供气结合阳极包裹的方式，类似于一种轴向中心孔供气的空心阳极结构，可以大大降低电子在阳极上的热沉积，提高推力器的可靠性。
外壳8采用磁屏蔽结构，外壳8不与两块永磁体直接接触，并且采用良好导热的导磁材料。
实施例：结合图2进行说明。
本实施案例提供一种结构简单、尺寸小、可以在1μN～100μN连续变化产生推力的微牛级会切磁场等离子体推力器。由一个小型化微牛级会切磁场等离子体推力器与一个能产生10μN以下推力的微牛级冷气推力器结合而成；
该阳极-冷气推力器供气会切磁场等离子体推力器的具体结构如图2所示，整体为轴对称结构，包括放电通道1、导磁环2、第一永磁体3、冷气推力器4、阳极5、导磁环导热片6、第二永磁体7、外壳8、加热器9、加热器接线柱10；
所述冷气推力器4，可以直接采用目前已有的推力器喷管尺寸，最后集成在会切磁场等离子体推力器的阳极5内部，构成供气系统的一部分。材料采用耐高温、热变形率小的绝缘材料，防止热变形导致冷气推力器喉部堵塞，防止冷气推力器带电导致电子到冷气推力器放电造成严重的热沉积损坏冷气推力器。
所述微牛级会切磁场推力器通道底部内径r1的取值范围5mm≤r1≤8mm，外径r2的取值范围8mm≤r2≤12mm，根据不同的推力要求采用不同的通道尺寸。
冷气推力器4具有以下两种工作模式：
冷气推力器模式：即只有冷气推力器工作。该工作模式下，可以产生小于10μN的微小推力。
电推力器模式：即冷气推力器成为供气结构。该工作模式下流量Q供应范围为0.1sccm≤Q≤2sccm，结合电压变化，以此实现不同推力大小的连续调节。该模式产生的推力比冷气推力器单独工作时产生的推力大，比冲高，但是有流量下限。低于0.1sccm时，难以产生有效的电离。此时，冷气推力器单独工作。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (8)
1.一种阳极-冷气推力器结合供气会切磁场等离子体推力器，包括放电通道(1)、导磁环(2)、第一永磁体(3)、阳极(5)、导磁环导热片(6)、第二永磁体(7)和外壳(8)，
放电通道(1)的底部设置有阳极(5)，放电通道(1)的外侧壁与外壳(8)之间、从底部至放电出口依次设置第一永磁体(3)和第二永磁体(7)，第一永磁体(3)和第二永磁体(7)之间设置有导磁环(2)和导磁环导热片(6)，第一永磁体(3)、第二永磁体(7)与放电通道(1)的外侧壁之间留有气隙；
其特征在于，还包括冷气推力器(4)；
阳极(5)为中空结构，冷气推力器(4)设置在阳极(5)的内腔，冷气推力器(4)用于产生微牛级推力；
放电通道(1)为变截面通道，通道半径从放电出口向底部逐渐缩小，放电通道(1)侧壁的纵截面为直角梯形。
2.根据权利要求1所述一种阳极-冷气推力器结合供气会切磁场等离子体推力器，其特征在于，还包括加热器(9)和两个加热器接线柱(10)，加热器(9)设置于阳极(5)的内腔，且位于冷气推力器(4)下方，阳极(5)的侧壁上具有两个对称的安装孔，用于引出所述两个加热器接线柱(10)。
3.根据权利要求2所述一种阳极-冷气推力器结合供气会切磁场等离子体推力器，其特征在于，两个加热器接线柱(10)的内端紧固在加热器(9)上，实现加热器(9)和加热器接线柱(10)的电连接；两个加热器接线柱(10)分别从两个安装孔穿出阳极(5)的侧壁，两个加热器接线柱(10)的外端固接在外壳(8)上。
4.根据权利要求3所述一种阳极-冷气推力器结合供气会切磁场等离子体推力器，其特征在于，两个加热器接线柱(10)与阳极(5)之间螺纹连接。
5.根据权利要求4所述一种阳极-冷气推力器结合供气会切磁场等离子体推力器，其特征在于，加热器(9)为电热丝结构。
6.根据权利要求1所述一种阳极-冷气推力器结合供气会切磁场等离子体推力器，其特征在于，冷气推力器(4)的出口区与阳极(5)前端面平齐。
7.根据权利要求1所述一种阳极-冷气推力器结合供气会切磁场等离子体推力器，其特征在于，冷气推力器(4)具有小尺寸喉部。
8.根据权利要求1所述一种阳极-冷气推力器结合供气会切磁场等离子体推力器，其特征在于，阳极(5)前端面与第一永磁体(3)的底部平齐。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180508 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |