CN109555658B - 一种具有多孔材料隔板的霍尔推力器气体分配器结构 - Google Patents
一种具有多孔材料隔板的霍尔推力器气体分配器结构 Download PDFInfo
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Abstract
一种具有多孔材料隔板的霍尔推力器气体分配器结构，属于霍尔推力器技术领域。本发明解决了现有的霍尔推力器在保证气体均化程度的情况下，离子束回流易在隔板处形成沉积，从而降低阳极寿命的问题。顶部壳层下内环上靠近顶部壳层外环的一侧壁上固设有第一挡板，且所述第一挡板与顶部壳层外环的内壁之间存在间隙，顶部壳层外环上靠近顶部壳层上内环的一侧壁上固设有第二挡板，所述第二挡板位于第一挡板的上方，且第二挡板与顶部壳层上内环以及第二挡板与第一挡板之间均存在间隙，一级隔板及二级隔板均为多孔材料隔板，其中一级隔板与环形凹槽的底部、一级隔板与二级隔板之间以及二级隔板与第一挡板之间均存在间隙。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有多孔材料隔板的霍尔推力器气体分配器结构，属于霍尔推力器技术领域。
背景技术
霍尔推力器是目前应用较为广泛的电推进装置，与传统化学推进装置比较，具有效率高，比冲高以及寿命长等优点。其工作原理是：霍尔推力器通道内存在相互正交的径向磁场和轴向电场，从阴极发射到通道内的电子受到磁场和电场的作用下向阳极漂移，与从气体分配器喷出的工质气体发生碰撞电离，电离出的电子由于质量小，被径向磁场约束在通道内，而离子质量大，磁场基本对其不起作用，在轴向电场力的作用向通道出口加速喷出，从而产生推力。
为了加强霍尔推力器的电离，需要尽可能延长气体在分配器中的停留时间，并同时提高出气的均匀性，即提高气体的均化程度。大部分的传统气体分配器喷气方式依靠隔板上的若干小孔进行均化，因此若要提高气体均化程度，必须在隔板上尽可能多地布置气孔，且气孔直径要尽可能的小，这给加工带来了一定的困难。并且理论上，在相同的气孔面积下，气孔直径越小，出气均匀性越高，但是气孔直径越小，则离子束回流越容易对气孔造成沉积堵塞，从而导致气体均化过程的恶化，缩短了阳极寿命。
发明内容
本发明是为了解决现有的霍尔推力器在保证气体均化程度的情况下，离子束回流易在隔板处形成沉积，从而降低阳极寿命的问题，进而提供了一种具有多孔材料隔板的霍尔推力器气体分配器结构。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种具有多孔材料隔板的霍尔推力器气体分配器结构，它包括安装支柱、导气管，
它还包括外壳组件以及设置在外壳组件内部的隔板组件，
所述外壳组件包括顶部壳层上内环、顶部壳层下内环、顶部壳层外环以及底部壳层，其中底部壳层为环状结构且沿其周向开设有开口向上的环形凹槽，安装支柱及导气管分别固设在底部壳层的下方，且所述导气管与所述环形凹槽贯通设置，所述顶部壳层上内环、顶部壳层下内环由上到下依次固设在环形凹槽的一侧壁顶部，所述顶部壳层外环固设在环形凹槽的另一侧壁顶部，
顶部壳层下内环上靠近顶部壳层外环的一侧壁上固设有第一挡板，且所述第一挡板与顶部壳层外环的内壁之间存在间隙，
顶部壳层外环上靠近顶部壳层上内环的一侧壁上固设有第二挡板，所述第二挡板位于第一挡板的上方，且第二挡板与顶部壳层上内环以及第二挡板与第一挡板之间均存在间隙，
所述隔板组件包括由下到上依次设置的一级隔板及二级隔板，所述一级隔板及所述二级隔板均为多孔材料隔板，两个隔板的侧壁均与外壳组件无间隙接触，其中一级隔板与环形凹槽的底部、一级隔板与二级隔板之间以及二级隔板与第一挡板之间均存在间隙。
进一步地，所述外壳组件还包括中部壳层，所述中部壳层包括中部壳层内环以及中部壳层外环，所述中部壳层内环固设在顶部壳层下内环与环形凹槽一侧壁之间，所述中部壳层外环固设在顶部壳层外环与环形凹槽另一侧壁之间，且中部壳层内环与中部壳层外环相对设置的一侧壁上分别加工有环形凸棱，一级隔板与二级隔板分别设置在中部壳层的上方和下方，且一级隔板通过凸台限位设置在底部壳层与中部壳层之间，二级隔板通过凸台限位设置在中部壳层与顶部壳层下内环之间以及中部壳层与顶部壳层外环之间。
进一步地，顶部壳层上内环与顶部壳层下内环之间、顶部壳层下内环与中部壳层内环之间、中部壳层内环与底部壳层之间、顶部壳层外环与中部壳层外环之间、中部壳层外环与底部壳层之间均通过凸台定位且均焊接为一体。
进一步地，所述一级隔板与所述二级隔板的结构相同，均为U形板，且一级隔板与二级隔板相对设置。
进一步地，顶部壳层上内环上靠近顶部壳层外环的一侧壁上部水平固设有第三挡板，顶部壳层外环上靠近顶部壳层上内环的一侧壁上部水平固设有第四挡板，所述第三挡板与所述第四挡板相对设置且二者之间存在间隙。
进一步地，第一挡板及第二挡板均水平设置。
进一步地，第一挡板至第四挡板均为环形板且均同轴设置。
进一步地，导气管与底部壳层之间以及安装支柱与底部壳层之间均为螺纹连接通过焊接密封。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
本申请通过采用多孔材料的隔板，有效降低了加工难度，大大提高了气体均化程度，从而有效提高了气体利用率；
第一挡板与第二挡板的设置使得外壳组件内形成迂回通道，由此减弱离子束回流对多孔材料隔板的沉积，提高阳极寿命，从而提高推力器的性能。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为本发明的主剖视示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1、2说明本实施方式，一种具有多孔材料隔板的霍尔推力器气体分配器结构，它包括安装支柱1、导气管2，
它还包括外壳组件以及设置在外壳组件内部的隔板组件，
所述外壳组件包括顶部壳层上内环3、顶部壳层下内环4、顶部壳层外环5以及底部壳层6，其中底部壳层6为环状结构且沿其周向开设有开口向上的环形凹槽6-1，安装支柱1及导气管2分别固设在底部壳层6的下方，且所述导气管2与所述环形凹槽6-1贯通设置，所述顶部壳层上内环3、顶部壳层下内环4由上到下依次固设在环形凹槽6-1的一侧壁顶部，所述顶部壳层外环5固设在环形凹槽6-1的另一侧壁顶部，
顶部壳层下内环4上靠近顶部壳层外环5的一侧壁上固设有第一挡板7，且所述第一挡板7与顶部壳层外环5的内壁之间存在间隙，
顶部壳层外环5上靠近顶部壳层上内环3的一侧壁上固设有第二挡板8，所述第二挡板8位于第一挡板7的上方，且第二挡板8与顶部壳层上内环3以及第二挡板8与第一挡板7之间均存在间隙，
所述隔板组件包括由下到上依次设置的一级隔板14及二级隔板15，所述一级隔板14及所述二级隔板15均为多孔材料隔板，两个隔板的侧壁均与外壳组件无间隙接触，其中一级隔板14与环形凹槽6-1的底部、一级隔板14与二级隔板15之间以及二级隔板15与第一挡板7之间均存在间隙。
导气管2与底部壳层6之间以及安装支柱1与底部壳层6之间均为螺纹连接及焊接双重固定，防止工质气体泄漏。
顶部壳层上内环3、顶部壳层下内环4以及顶部壳层外环5组成顶部壳层，顶部壳层上内环3与顶部壳层下内环4采用分体设置，便于安装及定位。
多孔材料是一种由相互贯通或封闭的孔洞构成网络结构的材料，现代技术使得金属、陶瓷以及玻璃等材料也能像聚合物一样制作出多孔结构，因此多孔材料目前被广泛应用于各行各业。由于其具有十分出色的渗透性，将多孔材料制作成隔板运用于气体分配器时，不用在隔板上开孔即可取代传统的金属材料隔板，该措施不仅降低了加工难度，并且有效地提高了气体的均化程度，从而提高了推力器对于气体的利用率。
所述外壳组件还包括中部壳层，所述中部壳层包括中部壳层内环9以及中部壳层外环10，所述中部壳层内环9固设在顶部壳层下内环4与环形凹槽6-1一侧壁之间，所述中部壳层外环10固设在顶部壳层外环5与环形凹槽6-1另一侧壁之间，且中部壳层内环9与中部壳层外环10相对设置的一侧壁上分别加工有环形凸棱11，一级隔板14与二级隔板15分别设置在中部壳层的上方和下方，且一级隔板14通过凸台限位设置在底部壳层6与中部壳层之间，二级隔板15通过凸台限位设置在中部壳层与顶部壳层下内环4之间以及中部壳层与顶部壳层外环5之间。每个隔板与外壳组之间均采用装配式结构固定，隔板通过凸台定位安装在外壳组件内，且由于多孔材料隔板的特殊性，因此不采用焊接将其与外壳组件固定，只通过凸台定位。
顶部壳层上内环3与顶部壳层下内环4之间、顶部壳层下内环4与中部壳层内环9之间、中部壳层内环9与底部壳层6之间、顶部壳层外环5与中部壳层外环10之间、中部壳层外环10与底部壳层6之间均通过凸台定位且均焊接为一体。各部分之间利用凸台进行定位，并通过焊接固定，便于安装且有效防止工质气体的泄漏。
所述一级隔板14与所述二级隔板15的结构相同，均为U形板，且一级隔板14与二级隔板15相对设置。如此设计，两个U形结构的隔板相对设置，两个隔板之间的间隙更大，使得二级缓冲腔17内同时容纳更多的工质气体，更利于均化。
顶部壳层上内环3上靠近顶部壳层外环5的一侧壁上部水平固设有第三挡板12，顶部壳层外环5上靠近顶部壳层上内环3的一侧壁上部水平固设有第四挡板13，所述第三挡板12与所述第四挡板13相对设置且二者之间存在间隙。第三挡板12与第四挡板13之间的间隙为工质气体由气体分配器进入放电通道的最终出口，通过由四个挡板组成的迂回通道18结构能够进一步延长工质气体在分配器内的停留时间，并且能够保护二级隔板15，使得回流无法直接击打在隔板上，以免其受到离子束回流的直接打击。
第一挡板7及第二挡板8均水平设置。
第一挡板7至第四挡板13均为环形板且均同轴设置。如此设计，保证从最终出口喷出的工质气体均匀进入放电通道。
导气管2与底部壳层6之间以及安装支柱1与底部壳层6之间均为螺纹连接通过焊接密封。如此设计，防止工质气体泄漏。
工作原理：
气体分配器通过安装支柱1固定于推力器内放电通道底部，工质气体由导气管2进入气体分配器。
工质气体进入气体分配器后，首先进入底部壳层6与一级隔板14组成的一级缓冲腔16，工质气体在一级缓冲腔16中停留并均化。当气体通过一级隔板14后，进入由一级隔板14与二级隔板15组成的二级缓冲腔17，工质气体在二级缓冲腔17中进一步地停留和均化后，通过二级隔板15进入由顶部壳层上内环3、顶部壳层下内环4、顶部壳层外环5以及第一挡板7、第二挡板8组成的迂回通道18结构能够进一步延长工质气体在分配器内的停留时间，并且能够保护二级隔板15，使得回流无法直接击打在隔板上，以免其受到离子束回流的直接打击，从而解决了离子束回流在隔板上造成沉积堵塞的问题，提高了阳极寿命和推力器性能。
在通过整个迂回通道18结构后，工质气体进入放电通道。第一挡板7和第二挡板8还起到保护两级隔板、防止离子束回流沉积的作用。
Claims (7)
1.一种具有多孔材料隔板的霍尔推力器气体分配器结构，它包括安装支柱(1)、导气管(2)，其特征在于：
它还包括外壳组件以及设置在外壳组件内部的隔板组件，
所述外壳组件包括顶部壳层上内环(3)、顶部壳层下内环(4)、顶部壳层外环(5)以及底部壳层(6)，其中底部壳层(6)为环状结构且沿其周向开设有开口向上的环形凹槽(6-1)，安装支柱(1)及导气管(2)分别固设在底部壳层(6)的下方，且所述导气管(2)与所述环形凹槽(6-1)贯通设置，所述顶部壳层上内环(3)、顶部壳层下内环(4)由上到下依次固设在环形凹槽(6-1)的一侧壁顶部，所述顶部壳层外环(5)固设在环形凹槽(6-1)的另一侧壁顶部，
顶部壳层下内环(4)上靠近顶部壳层外环(5)的一侧壁上固设有第一挡板(7)，且所述第一挡板(7)与顶部壳层外环(5)的内壁之间存在间隙，
顶部壳层外环(5)上靠近顶部壳层上内环(3)的一侧壁上固设有第二挡板(8)，所述第二挡板(8)位于第一挡板(7)的上方，且第二挡板(8)与顶部壳层上内环(3)以及第二挡板(8)与第一挡板(7)之间均存在间隙，
所述隔板组件包括由下到上依次设置的一级隔板(14)及二级隔板(15)，所述一级隔板(14)及所述二级隔板(15)均为多孔材料隔板，两个隔板的侧壁均与外壳组件无间隙接触，其中一级隔板(14)与环形凹槽(6-1)的底部、一级隔板(14)与二级隔板(15)之间以及二级隔板(15)与第一挡板(7)之间均存在间隙；
所述外壳组件还包括中部壳层，所述中部壳层包括中部壳层内环(9)以及中部壳层外环(10)，所述中部壳层内环(9)固设在顶部壳层下内环(4)与环形凹槽(6-1)一侧壁之间，所述中部壳层外环(10)固设在顶部壳层外环(5)与环形凹槽(6-1)另一侧壁之间，且中部壳层内环(9)与中部壳层外环(10)相对设置的一侧壁上分别加工有环形凸棱(11)，一级隔板(14)与二级隔板(15)分别设置在中部壳层的上方和下方，且一级隔板(14)通过凸台限位设置在底部壳层(6)与中部壳层之间，二级隔板(15)通过凸台限位设置在中部壳层与顶部壳层下内环(4)之间以及中部壳层与顶部壳层外环(5)之间。
2.根据权利要求1所述的一种具有多孔材料隔板的霍尔推力器气体分配器结构，其特征在于：顶部壳层上内环(3)与顶部壳层下内环(4)之间、顶部壳层下内环(4)与中部壳层内环(9)之间、中部壳层内环(9)与底部壳层(6)之间、顶部壳层外环(5)与中部壳层外环(10)之间、中部壳层外环(10)与底部壳层(6)之间均通过凸台定位且均焊接为一体。
3.根据权利要求1或2所述的一种具有多孔材料隔板的霍尔推力器气体分配器结构，其特征在于：所述一级隔板(14)与所述二级隔板(15)的结构相同，均为U形板，且一级隔板(14)与二级隔板(15)相对设置。
4.根据权利要求1或2所述的一种具有多孔材料隔板的霍尔推力器气体分配器结构，其特征在于：顶部壳层上内环(3)上靠近顶部壳层外环(5)的一侧壁上部水平固设有第三挡板(12)，顶部壳层外环(5)上靠近顶部壳层上内环(3)的一侧壁上部水平固设有第四挡板(13)，所述第三挡板(12)与所述第四挡板(13)相对设置且二者之间存在间隙。
5.根据权利要求4所述的一种具有多孔材料隔板的霍尔推力器气体分配器结构，其特征在于：第一挡板(7)及第二挡板(8)均水平设置。
6.根据权利要求5所述的一种具有多孔材料隔板的霍尔推力器气体分配器结构，其特征在于：第一挡板(7)至第四挡板(13)均为环形板且均同轴设置。
7.根据权利要求1、2、5或6所述的一种具有多孔材料隔板的霍尔推力器气体分配器结构，其特征在于：导气管(2)与底部壳层(6)之间以及安装支柱(1)与底部壳层(6)之间均为螺纹连接通过焊接密封。
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