CN109855792B - 电推进试验用羽流粒子沉降防护装置及其真空测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电推进试验用羽流粒子沉降防护装置，包括设置在真空测试容器内的防护壳本体，所述防护壳本体为内凹盘型结构，防护壳本体的内凹轴心位置设置有一体结构的外凸部，防护壳本体的内凹表面从其外圈至外凸部轴心位置呈圆形阵列形式固定焊接多组冷却支管，冷却支管表面均固定焊接有粒子沉降防护障板，防护壳本体两端均固定焊接有进出液管。本发明装置结构简单，易于安装维护，能够实现羽流粒子沉降防护装置的冷却，避免了其发生老化和损坏的情况，延长了使用寿命。

Description

电推进试验用羽流粒子沉降防护装置及其真空测试系统

技术领域

本发明属于空间推进系统技术领域，具体为一种电推进试验用羽流粒子沉降防护装置。

背景技术

随着我国航天技术的发展，各种高性能平台对电推进技术的应用需求越发迫切，比如低轨科学测量无拖曳控制卫星平台对高精度变推力电推进系统的需求、高轨超大型平台对高比冲多模式电推进系统的需求、深空探测对大功率大推力电推进系统的需求等。

目前，我国电推进技术发展如火如荼，对电推进系统的研究已经进入了一个稳步发展的阶段，目前主要性能指标已经接近或达到国际先进水平，具备了进行工程应用的基本条件。虽然工程样机的主要指标(推力、比冲)都已经接近或达到国外同类产品水平，但要在我国后续各种高性能卫星平台实现电推进系统的成熟应用，还需要开展一系列组件级、系统及整星级地面验证试验，对电推进系统的性能、寿命和可靠性进行全面考核。

电推进系统及整星级地面验证试验主要在地面建造的真空环境模拟设备中进行，真空环境模拟设备可模拟推进器系统在太空真实工作状态下的真空、低温、辐照等空间环境，因此地面试验设备的研制应尽可能的真实反映实际的太空环境。但同时真空环境模拟设备也具有一定的局限性，例如推进器特别是氙气工质电推进系统在试验设备内工作时，其产生喷射的高能离子会对本身结构或试验设备材料发生溅射腐蚀，特别是对于大功率、长寿命电推进系统尤为严重。粒子溅射效应一方面会对试验工艺设备性能造成影响，例如用于抽除推进工质(氙气)的泵组(氙泵)，如果直接暴露在粒子轰击下会导致抽气冷板温度上升，继而影响抽气性能和试验状态。另一方面粒子轰击真空容器，热沉等工艺设备，其溅射效应产生的物质也会造成对推进器本身的污染效应，从而对测试结果造成干扰，影响试验效果。

为了解决地面环境试验过程中溅射效应带来的性能影响、污染及干扰效应，目前主要采取羽流粒子沉降防护装置的方式对真空容器内的设备进行保护。典型的推进器羽流粒子沉降防护装置一般通过配置安装束流挡板完成防溅射效应。通常在容器面对着推进器安装位置或在推进器与被防护工艺设备之间安装有带有冷却功能的挡板结构。由于金属钛或石墨材料具有相对较低的溅射率系数，为了避免靶面的离子轰击效应，羽流粒子沉降防护装置一般使用金属钛材或靶面涂覆有高纯石墨，靶面倾斜的角度经过特殊设计使得粒子能够射入挡板内而减少反射。一般地，推进器地面真空环境试验设备中需要对真空容器内壁、热沉、内部线缆、真空泵等工艺设备进行防护。目前的羽流粒子沉降防护装置结构复杂，安装拆卸比较困难，而且其散热效率不高，羽流粒子产生的高温得不到及时排放，容易造成羽流粒子沉降防护装置损坏和老化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于电推进地面试验测试系统中的羽流粒子沉降防护装置。该装置结构简单，易于安装维护，可有效实现推进系统地面测试时对羽流粒子的沉降捕获与容器的轰击防护，同时散热效率高。

本发明采用的技术方案如下：

电推进试验用羽流粒子沉降防护装置，包括设置在真空测试容器内的防护壳本体，所述防护壳本体为中间轴心位置部分内凹的盘型结构，其中间轴心位置形成一体结构的外凸部，在防护壳本体的内凹表面内从其外边缘直至外凸部的轴心位置以圆形阵列形式固定焊接多组冷却支管，冷却支管表面均固定焊接有粒子沉降防护障板以防止羽流粒子的轰击防护，防护壳本体两端均固定焊接有进出液管，防护壳本体内部开设有贯通其两端的汇流出液管道，所述冷却支管均连通于汇流出液管道且进出液管一端均连通于汇流出液管道，进出液管另一端均设置有密封机构且进出液管中部设置有固定机构，以将进出液管固定密封在真空测试容器上。

其中，所述防护壳本体、进出液管和粒子沉降防护障板均用钛材焊接而成。

其中，所述粒子沉降防护障板的截面为L型结构，其一侧翻折边与防护壳体本体的内凹面具有间隙。

其中，多组所述冷却支管之间的间隙大于粒子沉降障板的厚度。

其中，所述密封机构包括真空法兰和波纹管，真空法兰表面开设有预留孔，所述进出液管通过预留孔穿过真空法兰，且进出液管通过与真空法兰焊接而密封，所述波纹管套设在进出液管表面，所述进出液管一端贯通于真空测试容器外表面，且进出液管一端通过真空法兰上的螺栓与真空测试容器外表面固定连接。

其中，所述固定机构为紧固螺栓，所述防护壳本体的两端通过紧固螺栓穿过真空测试容器内部表面预留的螺栓孔固定安装在真空测试容器上。

具有上述羽流粒子沉降防护装置的真空测试系统，包括真空测试容器，电推进器、羽流粒子沉降防护装置，以及密封机构和固定机构，其中，电推进器设置在真空测试容器一端，羽流粒子沉降防护装置设置在真空测试容器内相对电推进器的一端，且羽流粒子防护装置的内凹面与电推进器的位置相对，所述羽流粒子沉降防护装置通过密封机构和固定机构将其固定密封在真空测试容器上。

其中，所述真空测试容器表面两端均安装有氙泵以将羽流气体抽除以实时维持其内部真空度。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明装置结构简单，易于安装维护，装置为整体集成式，内部无活接，使用寿命长，可适用于羽流粒子的沉降捕获与容器的直接轰击防护，保证防护功能的可靠性；

2、本发明装置可以有效地实现电推进试验过程中羽流粒子对正面部位的直接轰击，可有效实现推进系统地面测试时对羽流粒子的沉降捕获与容器的轰击防护，减少溅射污染，保证试验的准确性；

3、通过真空测试容器外部提供冷却液进入进出液管中，冷却液进入汇流出液管道内吸收防护壳本体的热量，然后通过汇流出液管道一端出口排出，能够实现羽流粒子沉降防护装置的冷却，避免了其发生老化和损坏的情况，延长了使用寿命。

附图说明

图1为本发明的电推进试验用羽流粒子沉降防护装置的剖视图；

其中，1为防护壳本体；2为外凸部；3为粒子沉降防护障板；4为汇流出液管道；5为进出液管；6为波纹管；7为固定机构；11为冷却支管。

图2为具有图1所示电推进试验用羽流粒子沉降防护装置的真空测试系统的结构示意图；

其中，8为真空法兰；9为真空测试容器；10为氙泵。

图3为本发明中用于固定电推进试验用羽流粒子沉降防护装置的密封机构的剖视图；

其中，5为进出液管；6为波纹管；8为真空法兰。

图4为本发明中电推进试验用羽流粒子沉降防护装置中防护壳的立体图。

其中，1、防护壳本体；2、外凸部。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参阅图1所示，电推进试验用羽流粒子沉降防护装置，包括防护壳本体1，防护壳本体1为中心轴心位置内凹的盘型结构，防护壳本体1的内凹轴心位置设置有一体结构的外凸部2，在防护壳本体1的内凹表面上从其外边缘直至外凸部2轴心的位置呈圆形阵列形式固定焊接多组冷却支管11，冷却支管11表面均固定焊接有粒子沉降防护障板3，防护壳本体1两端均固定焊接有进出液管5，防护壳本体1内部开设有贯通其两端的汇流出液管道4，冷却支管11均连通于汇流出液管道4，进出液管5一端均连通于汇流出液管道4，汇流出液管道4、进出液管5、冷却支管11形成冷却回路，外部提供的冷却液进入进出液管5中，冷却液进入汇流出液管道4内吸收防护壳本体1的热量，然后通过汇流出液管道4一端出口排出，能够实现羽流粒子沉降防护装置的冷却，进出液管5另一端均设置有密封机构，且进出液管5中部安装有固定机构7。

参见图2，图2显示了具有图1所示电推进试验用羽流粒子沉降防护装置的真空测试系统的结构示意图，其中，所述真空测试系统包括真空测试容器9，电推进器、羽流粒子沉降防护装置，氙泵10以及密封机构和固定机构7，其中，电推进器设置在真空测试容器9一端，羽流粒子沉降防护装置设置在真空测试容器9内相对电推进器的一端，且羽流粒子防护装置的内凹面与电推进器的位置相对，所述羽流粒子沉降防护装置通过密封机构和固定机构7将其固定密封在真空测试容器9上，通过粒子沉降防护障板3，直接经受大部分羽流粒子的直接轰击，可有效实现测试时对羽流粒子的沉降捕获与容器的轰击防护。且防护壳本体1、进出液管5和粒子沉降防护障板3均用钛材焊接而成，钛材结构强度高，同时也便于焊接。

在一具体的实施方式中，固定机构7为紧固螺栓，真空测试容器9内部表面相对于紧固螺栓位置预留有螺栓孔，防护壳本体1通过两端通过紧固螺栓固定安装在真空测试容器9内部。进一步地，真空测试容器9侧壁均安装有氙泵10，真空测试容器9内部设置有电推进器，电推进器在真空测试容器9内部位于羽流粒子沉降防护装置的相对方向，电推进器启动时，产生羽流气体，通过氙泵10将羽流气体抽除以实时维持其内部真空度，防止羽流粒子直接轰击真空测试容器9，特别是电推进器的正前方区域，安装有防护壳本体1将其产生的羽流粒子进行捕获，羽流粒子经过捕获后速度降低最终沉降至防护壳本体1的后方，起到了对真空测试容器9的防护功能。

参阅图3所示，本发明中的密封装置包括真空法兰8和波纹管6，真空法兰8表面开设有预留孔，进出液管5通过预留孔穿过真空法兰8，且进出液管5通过与真空法兰8焊接而密封，波纹管6套设在进出液管5表面，进出液管5一端贯通于真空测试容器9外表面，且进出液管5一端通过真空法兰8上的螺栓与真空测试容器9外表面固定连接，实现整体密封穿舱。

参见图4，图4显示了本发明中电推进试验用羽流粒子沉降防护装置中防护壳的立体图，其中，粒子沉降防护障板3的截面为L型结构，其一侧翻折边与防护壳体本体的内凹面具有间隙，可保证推进器发出的羽流粒子入射后反射率大大降低，起到粒子沉降捕获的作用，粒子沉降防护障板3的焊接角度可根据不同的安装位置进行预先设计，实现不同安装位置设备的防护效果优化。

本发明的电推进试验用羽流粒子沉降防护装置的真空测试系统的工作过程如下：试验进行时，电推进器工作喷射出羽流粒子，并通过氙泵10将羽流气体抽除以实时维持其内部真空度，为防止羽流粒子直接轰击真空测试容器9，将本发明的羽流粒子沉降防护装置置于推进器前方，可有效实现推进器地面测试时对羽流粒子的沉降捕获与容器的轰击防护，防止测试设备内材料溅射腐蚀，起到羽流防护作用，粒子轰击防护壳本体1会造成防护壳温度升高，通过其内部进出液管5实现热量的实时导出。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.电推进试验用羽流粒子沉降防护装置，包括设置在真空测试容器内的防护壳本体，所述防护壳本体为中间轴心位置部分内凹的盘型结构，其中间轴心位置形成一体结构的外凸部，在防护壳本体的内凹表面内从其外边缘直至外凸部的轴心位置以圆形阵列形式固定焊接多组冷却支管，冷却支管表面均固定焊接有粒子沉降防护障板以防止羽流粒子的轰击防护，粒子沉降防护障板的截面为L型结构，其一侧翻折边与防护壳体本体的内凹面具有间隙，可保证推进器发出的羽流粒子入射后反射率大大降低，起到粒子沉降捕获的作用；防护壳本体两端均固定焊接有进出液管，防护壳本体内部开设有贯通其两端的汇流出液管道，所述冷却支管均连通于汇流出液管道且进出液管一端均连通于汇流出液管道，进出液管另一端均设置有密封机构且进出液管中部设置有固定机构，以将进出液管固定密封在真空测试容器上。

2.如权利要求1所述的电推进试验用羽流粒子沉降防护装置，其中，所述防护壳本体、进出液管和粒子沉降防护障板均用钛材焊接而成。

3.如权利要求1-2任一项所述的电推进试验用羽流粒子沉降防护装置，其中，多组所述冷却支管之间的间隙大于粒子沉降障板的厚度。

4.如权利要求1-2任一项所述的电推进试验用羽流粒子沉降防护装置，其中，所述密封机构包括真空法兰和波纹管，真空法兰表面开设有预留孔，所述进出液管通过预留孔穿过真空法兰，且进出液管通过与真空法兰焊接而密封，所述波纹管套设在进出液管表面，所述进出液管一端贯通于真空测试容器外表面，且进出液管一端通过真空法兰上的螺栓与真空测试容器外表面固定连接。

5.如权利要求1-2任一项所述的电推进试验用羽流粒子沉降防护装置，其中，所述固定机构为紧固螺栓，所述防护壳本体的两端通过紧固螺栓穿过真空测试容器内部表面预留的螺栓孔固定安装在真空测试容器上。

6.如权利要求1-5任一项所述的电推进试验用羽流粒子沉降防护装置的真空测试系统，包括：真空测试容器，电推进器、羽流粒子沉降防护装置，以及密封机构和固定机构，其中，电推进器设置在真空测试容器一端，羽流粒子沉降防护装置设置在真空测试容器内相对电推进器的一端，且羽流粒子防护装置的内凹面与电推进器的位置相对，所述羽流粒子沉降防护装置通过密封机构和固定机构将其固定密封在真空测试容器上。

7.如权利要求6所述的真空测试系统，其中，所述真空测试容器侧壁均安装有氙泵以将羽流气体抽除以实时维持其内部真空度。

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