CN108317062A - 一种混合推力器 - Google Patents

一种混合推力器 Download PDF

Info

Publication number
CN108317062A
CN108317062A CN201711406320.7A CN201711406320A CN108317062A CN 108317062 A CN108317062 A CN 108317062A CN 201711406320 A CN201711406320 A CN 201711406320A CN 108317062 A CN108317062 A CN 108317062A
Authority
CN
China
Prior art keywords
thruster
ion
hall
mixing
averager
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201711406320.7A
Other languages
English (en)
Inventor
王润福
张天平
陈娟娟
龙建飞
杨乐
王彦龙
杨浩
李兴达
贾艳辉
孙明明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lanzhou Institute of Physics of Chinese Academy of Space Technology
Original Assignee
Lanzhou Institute of Physics of Chinese Academy of Space Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lanzhou Institute of Physics of Chinese Academy of Space Technology filed Critical Lanzhou Institute of Physics of Chinese Academy of Space Technology
Priority to CN201711406320.7A priority Critical patent/CN108317062A/zh
Publication of CN108317062A publication Critical patent/CN108317062A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F03H1/0025—Neutralisers, i.e. means for keeping electrical neutrality

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

本发明公开了一种混合推力器，包括a个环形离子推力器、b个霍尔推力器、c个传统型离子推力器及中和器；以传统型离子推力器的中心轴为中心，传统型离子推力器外同轴嵌套a个环形离子推力器及b个霍尔推力器，a＝0，1，…n，b＝0，1，…n，c＝0或1，且a、b、c至少两个不同时为0。中和器通过支撑架固定在推力器外围，通过电源控制推力器的切换。本发明能够解决传统电推力器不同工作模式随意切换技术难题，结构紧凑、功能集成，同时实现高功率、高比冲、大推力、性能宽范围覆盖和调节。

Description

一种混合推力器
技术领域
本发明涉及等离子体技术领域，具体涉及一种离子霍尔混合推力器。
背景技术
我国未来军、民航天都需要高性能的新一代空间推进技术，特别是深空探测领域。比冲很高的电推进技术是主要发展方向，但目前电推进技术存在如下方面不足：(1)技术最成熟的离子推力器功率最大到数十千瓦，距离未来大型航天器轨道转移、载人航天、星际探测等需求的数百千瓦到兆瓦级还存在较大技术差距；(2)未来航天任务需要多模式电推进系统，如载人航天和地球轨道转移需要尽量缩短周期以避免辐射环境不利影响，要求电推进具有大推力特性，而机器人星际探测和HEO轨道维持需要尽量节省推进剂用量以降低使命成本，要求电推进具有高比冲特性。事实上，未来大量航天任务需要多模式的电推进系统以满足不同阶段对电推进系统的需求并实现使命整体优化；(3)正在发展的磁等离子动力(MPD)、变比冲磁等离子(VASIMR)、脉冲感应(PIT)等电推进类型尽管适合高功率需求使命，但在技术成熟性方面差距还很大，特别是长寿命问题解决还看不到希望。能够给予成熟的电推力器技术发展高功率、多模式、长寿命电推进技术，是事关未来航天发展支撑的重大课题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种混合推力器，能够解决传统电推力器不同工作模式随意切换技术难题，结构紧凑、功能集成，同时实现高功率、高比冲、大推力、性能宽范围覆盖和调节。
本发明的具体实施方案如下：
一种混合推力器，该混合推力器包括a个环形离子推力器、b个霍尔推力器、c个传统型离子推力器及中和器；
以传统型离子推力器的中心轴为中心，所述传统型离子推力器外同轴嵌套a个环形离子推力器及b个霍尔推力器，a＝0，1，…n，b＝0，1，…n，c＝0或1，且a、b、c至少两个不同时为0；中和器通过支撑架固定在推力器外围，通过电源控制推力器的切换；推力器放电通道之间的上方位置设置有陶瓷屏蔽结构。
进一步地，所述中和器位于中心轴线方向上。
进一步地，所述中和器距离推力器的长度根据束流发散角、束流大小及束流离子、电子特征参数确定。
进一步地，当a≥1，b≥1时，霍尔推力器的极靴通过连接机构与环形离子推力器的栅极支撑环连接为一体，极靴位于两个推力器放电通道之间，栅极支撑环位于环形离子推力器放电通道出口处。
有益效果：
1、本发明通过将多种类型的推力器混合安装使用，能够解决传统电推力器不同工作模式随意切换技术难题，结构紧凑、功能集成，同时实现高功率、高比冲、大推力、性能宽范围覆盖和调节。
2、本发明将中和器设置中心轴线方向上，使混合推力器整体体积小，便于安装在飞行器上。
附图说明
图1是三环混合推力器组成示意图；
图2是三环混合推力器工作示意图；
图3为离子霍尔混合推力器连接示意图。
其中，1-中和器，2-传统型离子推力器，3-霍尔推力器，4-环形离子推力器，5-外极靴，6-连接机构，7-栅极支撑环，8-陶瓷屏蔽，9-霍尔电磁铁，10-离子磁体组件，11-环形离子推力器空心阴极，12-霍尔阳极，13-传统型离子推力器空心阴极，14-环形离子推力器放电通道，15-霍尔离子推力器放电通道，16-传统型离子推力器放电通道。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种混合推力器，该混合推力器包括a个环形离子推力器、b个霍尔推力器及c个传统型离子推力器；
以传统型离子推力器的中心轴为中心，传统型离子推力器外同轴嵌套a个环形离子推力器及b个霍尔推力器，a＝0，1，…n，b＝0，1，…n，c＝0或1，且a、b、c至少两个不同时为0；中和器通过支撑架固定在推力器外部，可以设置在推力器中心轴线方向上，也可以设置在推力器圆周外围。通过电源控制推力器的工作切换。推力器放电通道之间的上方位置设置有陶瓷屏蔽结构。
也就是说，混合推力器可以为多个不同功率环型离子推力器同轴嵌套组成，可以为多个不同功率霍尔推力器同轴嵌套组成，可以为多个不同功率环型离子推力器和霍尔推力器同轴嵌套组成；也可以为一个传统型离子推力器、多个不同功率环型离子推力器和霍尔推力器同轴嵌套组成，此时，中间多个嵌套层推力器类型可以为环型离子推力器或霍尔推力器，最外层推力器类型可以为环型离子或霍尔推力器。根据空间在轨任务对推力器功率、推力、比冲的要求，充分考虑推力器整体几何结构尺寸、热耗、力学、热学稳定性、工程可实现性等技术问题的前提下，设计推力器嵌套个数n、推力器类型。推力器的放电通道的几何尺寸，包括长度和口径大小根据性能和寿命要求确定。
如图1所示，混合推力器包括中和器1、传统型离子推力器2、霍尔推力器3及环形离子推力器4，以传统型离子推力器2的中心轴为中心，传统型离子推力器2外同轴嵌套霍尔推力器3及环形离子推力器4，环形离子推力器4在最外层，如图3所示，霍尔推力器3的外极靴5通过连接机构6与离子推力器4的栅极支撑环7连接为一体，外极靴5位于两个推力器放电通道之间，栅极支撑环7位于环形离子推力器放电通道14出口处。为了防止束流中等离子体进入内环霍尔推力器放电通道15与外环环形离子放电通道14之间的空间，引起异常放电，在放电通道之间的上方位置设置陶瓷屏蔽8。
中和器1通过支撑架固定在中心轴线方向上，为霍尔推力器3提供电子源，霍尔阳极12位于霍尔推力器放电通道15中，霍尔推力器放电通道15外围安装有霍尔电磁铁9，用于约束电子。中和器1距离推力器的长度根据束流发散角、束流大小及束流离子、电子特征参数确定。
如图2所示，传统型离子推力器空心阴极13位于传统型离子推力器放电通道16中，环形离子推力器空心阴极11位于环形离子推力器放电通道14中，环形离子推力器放电通道14外围安装有离子磁体组件10，用于约束电子。传统型离子推力器放电通道16中产生传统离子推力进行工作，霍尔推力器放电通道15中产生霍尔推力进行工作，环形离子推力器放电通道14中产生环形离子推力进行工作。推力器放电通道长度根据其性能和寿命要求确定。通过电源控制推力器的切换，由此可以实现多种不同工作模式，工作模式有7种，具体包括：
(1)最内层传统型离子推力器2单独工作。
(2)中间层霍尔推力器3单独工作。
(3)最外层环型离子推力器4单独工作。
(4)最内层传统型离子推力器2和中间层霍尔推力器3同时工作。
(5)最内层传统型离子推力器2和最外层环型离子推力器4同时工作。
(6)中间层霍尔推力器3和最外层环型离子推力器4同时工作。
(7)最内层传统型离子推力器2、中间层霍尔推力器3和最外层环型离子推力器4同时工作。
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 (4)

1.一种混合推力器，其特征在于，该混合推力器包括a个环形离子推力器、b个霍尔推力器、c个传统型离子推力器及中和器；
以传统型离子推力器的中心轴为中心，所述传统型离子推力器外同轴嵌套a个环形离子推力器及b个霍尔推力器，a＝0，1，…n，b＝0，1，…n，c＝0或1，且a、b、c至少两个不同时为0；中和器通过支撑架固定在推力器外围，通过电源控制推力器的切换；推力器放电通道之间的上方位置设置有陶瓷屏蔽结构。
2.如权利要求1所述的混合推力器，其特征在于，所述中和器位于中心轴线方向上。
3.如权利要求1所述的混合推力器，其特征在于，所述中和器距离推力器的长度根据束流发散角、束流大小及束流离子、电子特征参数确定。
4.如权利要求1所述的混合推力器，其特征在于，当a≥1，b≥1时，霍尔推力器的极靴通过连接机构与环形离子推力器的栅极支撑环连接为一体，极靴位于两个推力器放电通道之间，栅极支撑环位于环形离子推力器放电通道出口处。
CN201711406320.7A 2017-12-22 2017-12-22 一种混合推力器 Pending CN108317062A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711406320.7A CN108317062A (zh) 2017-12-22 2017-12-22 一种混合推力器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711406320.7A CN108317062A (zh) 2017-12-22 2017-12-22 一种混合推力器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108317062A true CN108317062A (zh) 2018-07-24

Family

ID=62891552

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711406320.7A Pending CN108317062A (zh) 2017-12-22 2017-12-22 一种混合推力器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108317062A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109751214A (zh) * 2019-03-25 2019-05-14 哈尔滨工业大学 一种推力大范围连续可调的微牛级快速响应场发射推力器
CN112083645A (zh) * 2020-07-30 2020-12-15 上海航天控制技术研究所 一种推力器冗余模式管理及故障屏蔽与自主恢复方法
CN113133173A (zh) * 2021-04-16 2021-07-16 哈尔滨工业大学 一种多环导磁柱霍尔推力器磁路结构

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7875867B2 (en) * 2006-06-28 2011-01-25 Wisconsin Alumni Research Foundation Non-ambipolar radio-frequency plasma electron source and systems and methods for generating electron beams
WO2011088335A1 (en) * 2010-01-15 2011-07-21 Nasa Glenn Research Center Electric propulsion apparatus
WO2012138311A1 (ru) * 2011-04-08 2012-10-11 Национальный Научный Центр "Харьковский Физико-Технический Институт" (Ннц Хфти) Вакуумнодуговой испаритель для генерирования катодной плазмы
CN105003408A (zh) * 2015-07-16 2015-10-28 兰州空间技术物理研究所 一种离子与霍尔混合型电推力器
CN105156290A (zh) * 2015-07-13 2015-12-16 兰州空间技术物理研究所 一种新型三环混合电推力器
CN107061210A (zh) * 2017-05-18 2017-08-18 西安交通大学 一种基于电热电磁混合加速的脉冲等离子体推力器
CN107387347A (zh) * 2017-07-19 2017-11-24 哈尔滨工业大学 用于立方体卫星的空心阴极推力器

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7875867B2 (en) * 2006-06-28 2011-01-25 Wisconsin Alumni Research Foundation Non-ambipolar radio-frequency plasma electron source and systems and methods for generating electron beams
WO2011088335A1 (en) * 2010-01-15 2011-07-21 Nasa Glenn Research Center Electric propulsion apparatus
WO2012138311A1 (ru) * 2011-04-08 2012-10-11 Национальный Научный Центр "Харьковский Физико-Технический Институт" (Ннц Хфти) Вакуумнодуговой испаритель для генерирования катодной плазмы
CN105156290A (zh) * 2015-07-13 2015-12-16 兰州空间技术物理研究所 一种新型三环混合电推力器
CN105003408A (zh) * 2015-07-16 2015-10-28 兰州空间技术物理研究所 一种离子与霍尔混合型电推力器
CN107061210A (zh) * 2017-05-18 2017-08-18 西安交通大学 一种基于电热电磁混合加速的脉冲等离子体推力器
CN107387347A (zh) * 2017-07-19 2017-11-24 哈尔滨工业大学 用于立方体卫星的空心阴极推力器

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109751214A (zh) * 2019-03-25 2019-05-14 哈尔滨工业大学 一种推力大范围连续可调的微牛级快速响应场发射推力器
CN112083645A (zh) * 2020-07-30 2020-12-15 上海航天控制技术研究所 一种推力器冗余模式管理及故障屏蔽与自主恢复方法
CN112083645B (zh) * 2020-07-30 2024-05-03 上海航天控制技术研究所 一种推力器冗余模式管理及故障屏蔽与自主恢复方法
CN113133173A (zh) * 2021-04-16 2021-07-16 哈尔滨工业大学 一种多环导磁柱霍尔推力器磁路结构
CN113133173B (zh) * 2021-04-16 2022-05-10 哈尔滨工业大学 一种多环导磁柱霍尔推力器磁路结构

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9297368B1 (en) Multi-thruster propulsion apparatus
CN108317062A (zh) 一种混合推力器
Hofer et al. The H9 magnetically shielded Hall thruster
CN104653422B (zh) 三级加速式螺旋波等离子体推进装置
CN105156290A (zh) 一种新型三环混合电推力器
UA114495C2 (uk) Двигун на ефекті холла
US10480493B2 (en) Hall effect thruster electrical configuration
CN104405603B (zh) 螺旋波等离子体电推进装置
CN111852803B (zh) 一种基于分段阳极的混合效应环型离子推力器
CN111219307B (zh) 一种霍尔推力器阳极结构
US10529455B2 (en) Dielectric wall accelerator and applications and methods of use
CN108317061A (zh) 一种共用磁体的离子霍尔混合推力器
JP6653650B2 (ja) 原子炉
US4218633A (en) Hydrogen hollow cathode ion source
CN105065221A (zh) 一种新型四阴极离子推力器
LATHAM et al. Design, manufacture and performance of the UK-25 engineering model thruster
Richley et al. Bombardment thruster investigations at the Lewis Research Center.
Patterson et al. Ion engine development for interstellar precursor missions
Zhil’tsov et al. Fusion and Space
US10486834B2 (en) Self-consuming satellite
Killinger et al. Development of a high performance RF-ion thruster
Zakharenkov et al. Modern trends and development prospects of thrusters with closed electron drift
CN116877370A (zh) 一种均匀放电环型离子推力器
HYMAN, JR et al. Satellite control mercury ion thruster
King et al. A 30-cm, low-specific-impulse, hollow-cathode, mercury thruster

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
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
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20180724