CN108953088A - 一种新型霍尔推力器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于霍尔推进器技术领域，尤其涉及一种新型霍尔推力器。包括有用于储存气体推进剂的第一储存腔和第二储存腔，其中，第一储存腔包括有第一进气孔和第二进气孔，其为气体推进剂进入阳极提供了缓冲空间，增加了流阻并降低流速，同时在第二储存腔与阳极之间还设有致密多孔薄膜，以进一步降低流阻；在可选的实施例中还包括有横向气管和位于其上的第三进气孔，通过对从第一进气孔进入的气体推进剂实施多层缓冲，增加气体流动时间以降低壁面温度，同时也大大提高了气体的电离效率。

Description

一种新型霍尔推力器
所属技术领域
本发明属于霍尔推进器技术领域，尤其涉及一种新型霍尔推力器。
背景技术
霍尔推力器是一种先进的电推进装置，其被广泛应用于卫星位置保持和姿态控制领域，并以其结构简单、高比冲、高效率等优点成为未来空间飞行器的首选推进装置。霍尔推力器通道内的电子按照能量的大小可分为慢电子、中电子和快电子，在其通道内由推力器的出口向阳极迁移的慢电子和中电子的能量相对较低，会直接轰击到阳极上面，而部分能量较高的剩余电子则会直接进入缓冲腔，大部分的快电子则直接打到绝缘壁面或者气体分配器上，然后以热辐射的方式损失掉电子能量。
然而，对于高功率霍尔推力器来说，一方面，阳极壁面的温度过高会增加高能电子对阳极的轰击损失，同时也会严重影响阳极壁的磁屏作用，使得阳极壁的导磁能力大大降低；另一方面，在气体进入管道后以及轰击到阳极前所处的缓冲腔内，由于现有的气体进入缓冲腔的流速过高、流阻低、在缓冲腔内气体的回旋流动时间短，因而在缓冲腔内尚未充满电离气体的情况下即轰击阳极，导致电离效率和比冲均较低。
发明内容
为解决现有技术中的上述缺陷，为解决现有技术中的上述缺陷，本发明公开一种新型霍尔推力器，它是采用以下技术方案来实现的。
一种新型霍尔推力器，其特征在于：包括空心阴极、阳极、放电腔室、气体储存腔、磁极、内磁线圈、外磁线圈、气管5，所述磁极包括前磁极板、后磁极板、内磁芯、外磁芯、内磁屏、外磁屏和电源装置，所述内磁芯被所述内磁线圈缠绕并位于中央，所述外磁芯被所述外磁线圈缠绕并位于所述内磁芯的外侧边缘处；所述内磁芯、外磁芯与所述内磁线圈和外磁线圈在放电腔室的内部形成径向磁场，而在所述阳极上通过电源装置施加有相对于空心阴极的高压电，形成在所述放电腔室内的轴向加速电场，从所述气管5内释放的气体推进剂经由气体储存腔到阳极、再进入放电腔室完成电离和加速；
所述气体储存腔包括有第一储存腔和第二储存腔，所述第一储存腔在竖直方向的剖面为U型，其包括有连接所述第一储存腔与所述气管的第一进气孔，该第一进气孔位于所述U型的第一储存腔的底部并且大致位于其底部中心位置，所述气体推进剂由气管从所述第一进气孔进入所述第一储存腔。
作为本技术的进一步改进，所述第一储存腔的顶部两侧的内侧面上包括有第二进气孔，所述气体推进剂基本充满第一储存腔后经所述第二进气孔溢出进入第二储存腔；所述阳极通过焊接固定安装于所述U型的第一储存腔的顶面内腔中，并且该阳极的竖直方面剖面的宽度近似等于所述U型的第一储存腔的内腔宽度，所述第二进气孔的水平高度略低于所述阳极的最低面所处的水平高度；与阳极的最低面距离一定间隙设置有一层致密多孔薄膜，该致密多孔薄膜在竖直方向上位于所述第二进气孔与所述阳极最低面之间，从而在所述致密多孔薄膜与阳极底面之间形成为一缓冲腔，当所述气体推进剂由第一储存腔进入第二储存腔并基本充满所述第二储存腔时，所述气体推进剂则经所述致密多孔薄膜进入所述缓冲腔，当所述缓冲腔内的气压到达所述致密多孔薄膜的击穿值时，则所述气体推进剂进入阳极并最终穿过阳极上表面从而进入放电腔室实现电离与加速。
作为本技术的进一步改进，所述第二进气孔位于所述第一储存腔的U型两侧并对称分布，并且所述第二进气孔的数量大于或等于1个；
作为本技术的进一步改进，若U型的第一储存腔两侧均分布有成对的第二进气孔，则设置横向气管连接所述第二进气孔，使得所述气体推进剂可经过所述横向气管在两个所述的第二进气孔之间自由流动；同时，在所述横向气管侧壁开设有一个或多个第三进气孔，使得所述气体推进剂在经过所述横向气管时经所述第三进气孔流入所述第二储存腔；
当所述气体推进剂由第一储存腔进入第二储存腔并基本充满所述第二储存腔时，所述气体推进剂则经所述致密多孔薄膜进入所述缓冲腔，当所述缓冲腔内的气压到达所述致密多孔薄膜的击穿值时，则所述气体推进剂进入阳极并最终穿过阳极上表面从而进入放电腔室实现电离与加速。
作为本技术的进一步改进，所述第三进气孔位于所述横向气管侧壁的下方，从该第三进气孔进入所述第二储存腔的气体流动方向与所述阳极所处的方向相反。
采用本发明的霍尔推力器，尤其是本发明的所述气体推进剂的储存腔结构与分布，使得尤其对于高功率霍尔推力器来说，通过气体在储存腔中的低速缓冲一方面降低了阳极壁面因温度过高导致的高能电子对阳极的轰击损失，也降低了因高温而导致的阳极壁的磁屏效应，另一方面，采用所述储存腔结构使得在气体进入管道后以及轰击到阳极前具有低流速、高流阻，延长了缓冲腔内气体的回旋流动时间，进而使电离气体在缓冲腔内被充满的情况下再轰击阳极，大大提高了电离效率和比冲。
附图说明
图1是现有技术中的霍尔推进器结构。
图2是本发明霍尔推进器结构示意图。
图3是本发明霍尔推进器气体储存腔结构示意图。
具体实施方式
如图1所示为现有技术中的霍尔推进器结构。由图1可见，气体推进剂从进气管进入气体储存腔，在气体储存腔内停留一端时间后则穿过阳极进入电离通道实现电离，然而，现有技术中尤其是所述气体储存腔并没有做出分区，同时腔内的气体推进剂也无法在上述气体储存腔中实现缓冲，无法有效降低避免温度，其仅仅作为进入阳极前的一个过渡空间，无法有效降低阳极壁面因温度过高导致的高能电子对阳极的轰击损失，也无法延长缓冲腔内气体的回旋流动时间，进而无法提高电离效率和比冲。
如图2所示为本发明霍尔推进器结构示意图，该霍尔推进器包括阳极1、内磁线圈2、外磁线圈、放电腔室3、气体储存腔4、气管5、磁极、空心阴极，所述磁极包括前磁极板、后磁极板、内磁芯、外磁芯、内磁屏、外磁屏和电源装置，所述内磁芯被所述内磁线圈2缠绕并位于中央，所述外磁芯被所述外磁线圈缠绕并位于所述内磁芯的外侧边缘处；所述内磁芯、外磁芯与所述内磁线圈2和外磁线圈在放电腔室3的内部形成径向磁场，而在所述阳极1上通过电源装置施加有相对于空心阴极的高压电，形成在所述放电腔室3内的轴向加速电场，从所述气管5内释放的气体推进剂经由气体储存腔4到阳极1、再进入放电腔室3完成电离和加速；
所述气体储存腔4包括有第一储存腔6和第二储存腔7，所述第一储存腔6在竖直方向的剖面为U型，其包括有连接所述第一储存腔6与所述气管5的第一进气孔8，该第一进气孔8位于所述U型的第一储存腔6的底部并且大致位于其底部中心位置，所述气体推进剂由气管5从所述第一进气孔8进入所述第一储存腔6。
作为本技术的进一步改进，所述第一储存腔6的顶部两侧的内侧面上包括有第二进气孔9，所述气体推进剂基本充满第一储存腔6后经所述第二进气孔9溢出进入第二储存腔7；所述阳极1通过焊接固定安装于所述U型的第一储存腔6的顶面内腔中，并且该阳极1的竖直方面剖面的宽度近似等于所述U型的第一储存腔6的内腔宽度，所述第二进气孔9的水平高度略低于所述阳极1的最低面所处的水平高度；与阳极1的最低面距离一定间隙设置有一层致密多孔薄膜，该致密多孔薄膜在竖直方向上位于所述第二进气孔9与所述阳极最低面之间，从而在所述致密多孔薄膜与阳极1底面之间形成为一缓冲腔，当所述气体推进剂由第一储存腔6进入第二储存腔7并基本充满所述第二储存腔7时，所述气体推进剂则经所述致密多孔薄膜进入所述缓冲腔，当所述缓冲腔内的气压到达所述致密多孔薄膜的击穿值时，则所述气体推进剂进入阳极1并最终穿过阳极1上表面从而进入放电腔室3实现电离与加速。
作为本技术的进一步改进，所述第二进气孔9位于所述第一储存腔6的U型两侧并对称分布，并且所述第二进气孔9的数量大于或等于1个；
作为本技术的进一步改进，若U型的第一储存腔6两侧均分布有成对的第二进气孔9，则设置横向气管连接所述第二进气孔9，使得所述气体推进剂可经过所述横向气管在两个所述的第二进气孔9之间自由流动；同时，在所述横向气管侧壁开设有一个或多个第三进气孔，使得所述气体推进剂在经过所述横向气管时经所述第三进气孔流入所述第二储存腔7；
当所述气体推进剂由第一储存腔6进入第二储存腔7并基本充满所述第二储存腔时，所述气体推进剂则经所述致密多孔薄膜进入所述缓冲腔，当所述缓冲腔内的气压到达所述致密多孔薄膜的击穿值时，则所述气体推进剂进入阳极1并最终穿过阳极1上表面从而进入放电腔室3实现电离与加速。
作为本技术的进一步改进，所述第三进气孔位于所述横向气管侧壁的下方，从该第三进气孔进入所述第二储存腔7的气体流动方向与所述阳极1所处的方向相反。
采用本发明的霍尔推力器，尤其是本发明的所述气体推进剂的储存腔结构与分布，使得尤其对于高功率霍尔推力器来说，通过气体在储存腔中的低速缓冲一方面降低了阳极1壁面因温度过高导致的高能电子对阳极1的轰击损失，也降低了因高温而导致的阳极壁的磁屏效应，另一方面，采用所述储存腔结构使得在气体进入管道后以及轰击到阳极1前具有低流速、高流阻，延长了缓冲腔内气体的回旋流动时间，进而使电离气体在缓冲腔内被充满的情况下再轰击阳极1，大大提高了电离效率和比冲。
以上所述实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种新型霍尔推力器，其特征在于：包括空心阴极、阳极、放电腔室、气体储存腔、磁极、内磁线圈、外磁线圈、气管，所述磁极包括前磁极板、后磁极板、内磁芯、外磁芯、内磁屏、外磁屏和电源装置，所述内磁芯被所述内磁线圈缠绕并位于中央，所述外磁芯被所述外磁线圈缠绕并位于所述内磁芯的外侧边缘处；所述内磁芯、外磁芯与所述内磁线圈和外磁线圈在放电腔室的内部形成径向磁场，而在所述阳极上通过电源装置施加有相对于空心阴极的高压电，形成在所述放电腔室内的轴向加速电场，从所述气管内释放的气体推进剂经由气体储存腔到阳极、再进入放电腔室完成电离和加速；所述气体储存腔包括有第一储存腔和第二储存腔，所述第一储存腔在竖直方向的剖面为U型，其包括有连接所述第一储存腔与所述气管的第一进气孔，该第一进气孔位于所述U型的第一储存腔的底部并且大致位于其底部中心位置，所述气体推进剂由气管从所述第一进气孔进入所述第一储存腔。
2.根据权利要求1所述的一种新型霍尔推力器，其特征在于：所述第一储存腔的顶部两侧的内侧面上包括有第二进气孔，所述气体推进剂基本充满第一储存腔后经所述第二进气孔溢出进入第二储存腔；所述阳极通过焊接固定安装于所述U型的第一储存腔的顶面内腔中，并且该阳极的竖直方面剖面的宽度近似等于所述U型的第一储存腔的内腔宽度，所述第二进气孔的水平高度略低于所述阳极的最低面所处的水平高度；与阳极的最低面距离一定间隙设置有一层致密多孔薄膜，该致密多孔薄膜在竖直方向上位于所述第二进气孔与所述阳极最低面之间，从而在所述致密多孔薄膜与阳极底面之间形成为一缓冲腔，当所述气体推进剂由第一储存腔进入第二储存腔并基本充满所述第二储存腔时，所述气体推进剂则经所述致密多孔薄膜进入所述缓冲腔，当所述缓冲腔内的气压到达所述致密多孔薄膜的击穿值时，则所述气体推进剂进入阳极并最终穿过阳极上表面从而进入放电腔室实现电离与加速。
3.根据权利要求2所述的一种新型霍尔推力器，其特征在于：所述第二进气孔位于所述第一储存腔的U型两侧并对称分布，并且所述第二进气孔的数量大于或等于1个。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种新型霍尔推力器，其特征在于：若U型的第一储存腔两侧均分布有成对的第二进气孔，则设置横向气管连接所述第二进气孔，使得所述气体推进剂可经过所述横向气管在两个所述的第二进气孔之间自由流动；同时，在所述横向气管侧壁开设有一个或多个第三进气孔，使得所述气体推进剂在经过所述横向气管时经所述第三进气孔流入所述第二储存腔；
当所述气体推进剂由第一储存腔进入第二储存腔并基本充满所述第二储存腔时，所述气体推进剂则经所述致密多孔薄膜进入所述缓冲腔，当所述缓冲腔内的气压到达所述致密多孔薄膜的击穿值时，则所述气体推进剂进入阳极并最终穿过阳极上表面从而进入放电腔室实现电离与加速。
5.根据权利要求4所述的一种新型霍尔推力器，其特征在于：所述第三进气孔位于所述横向气管侧壁的下方，从该第三进气孔进入所述第二储存腔的气体流动方向与所述阳极所处的方向相反。
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