CN110111967B - 用于af-mpdt的高温超导外加磁场发生器及其降温方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于AF‑MPDT的高温超导外加磁场发生器及其降温方法，第一压缩制冷机通过热传导片与电极转接器相连，对电极转接器降温；第二压缩制冷机通过热传导片与超导线圈装置相连，对超导线圈装置降温；超导线圈装置的末端与电极转接器连接，超导线圈装置固定在制冷箱内。首先使得热传导夹盖降温，再通过热传导片分别对电极转接器、超导线圈装置的第一外夹盖、第二外夹盖进行降温，最后使得与电极转接器连接的超导片的末端、与第一外夹盖、第二外夹盖相接触的超导片降温。本发明解决了AF‑MPDT中外加磁场发生器体积、重量过大、能耗过高的问题，取得了外加磁场发生器重量轻、体积小、能耗低的有效收益。

Description

用于AF-MPDT的高温超导外加磁场发生器及其降温方法
技术领域
本发明涉及电推进AF-MPDT技术领域，具体地，涉及一种用于AF-MPDT的高温超导外加磁场发生器及其降温方法，尤其是涉及一种使用高温超导磁线圈的外加磁场型磁等离子体动力推力器。
背景技术
针对未来载人空间探测、大型货物运输及多次往返轨道转移等大型空间任务的需要，急需开展超大功率的电推进技术研究。外加磁场型磁等离子体动力推力器(AF-MPDT)的结构简单，体积较小，重量较轻，具有高比冲、大推力密度的特点，并且可使用的推进剂种类较多，能够实现百千瓦至兆瓦量级功率的单机投入，适合在航天器上集成应用，被认为是未来与空间大功率电源及空间核电源相配套的最佳电推进技术之一。
超导外加磁场发生器是采用超导体来代替传统铜线圈为AF-MPDT提供外加磁场。目前传统的磁线圈体积大、重量大、能耗极高，产生的磁场强度有限。而搭载超导体线圈能够大幅度减小外加磁场发生器的体积和重量，在降低能耗的同时提供较强的外加磁场，可以有效的减小推力器的重量和体积，提高推力器的推力性能。
与本申请相关的现有技术是专利文献CN108005868A，公开了一种阳极-冷气推力器结合供气会切磁场等离子体推力器，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。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于AF-MPDT的高温超导外加磁场发生器及其降温方法。
根据本发明提供的一种用于AF-MPDT的高温超导外加磁场发生器，包括超导线圈装置、第一压缩制冷机、第二压缩制冷机、电极转接器、第一热传导片、第二热传导片、制冷箱；
第一压缩制冷机通过第一热传导片与超导线圈装置相连，能够对超导线圈装置降温；
第二压缩制冷机通过第二热传导片与电极转接器相连，能够对电极转接器降温；
超导线圈装置的末端与电极转接器连接，超导线圈装置固定在制冷箱内。
优选地，所述第一压缩制冷机的冷头分别被两组热传导夹盖紧包，所述热传导夹盖通过第一热传导片与超导线圈装置相连。
优选地，所述第二压缩制冷机的冷头分别被两组热传导夹盖紧包，所述热传导夹盖通过第二热传导片与电极转接器相连。
优选地，所述超导线圈装置包括第一外夹盖、第二外夹盖、超导片、内轴盖；
超导片缠绕在内轴盖上，第一外夹盖、第二外夹盖分别从超导片的外侧面覆盖超导片，第一外夹盖、第二外夹盖通过紧固件进行夹紧；
超导片的末端与电极转接器连接。
优选地，所述超导线圈装置通过支架固定支撑在制冷箱的内壁或底板上。所述第一热传导片、第二热传导片采用热传导铜片。
优选地所述超导片的外侧面与第一外夹盖的内侧面、第二外夹盖的内侧面紧密接触，所述超导片采用超导薄片，所述支架采用聚四氟乙烯支架。
根据本发明提供的一种利用所述的用于AF-MPDT的高温超导外加磁场发生器的降温方法，首先通过第一热传导片和第一压缩制冷机、第二热传导片和第二压缩制冷机的连接，使得热传导夹盖降温，再通过第二热传导片、第一热传导片分别对电极转接器、超导线圈装置的第一外夹盖、第二外夹盖进行降温，最后使得与电极转接器连接的超导片的末端、与第一外夹盖、第二外夹盖相接触的超导片降温。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明体积小、重量轻、能耗低，能够适用于AF-MPDT，有效减小推力器的重量和体积，有利于提高推力器的推力性能。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的内部示意图；
图2为本发明的外观示意图；
图3为超导线圈装置示意图；
图4为电极转接器与压缩制冷机的连接示意图；
图5为电极转接器与超导片的连接示意图。
图中示出：
Figure GDA0003124553950000031
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对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，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
为了解决AF-MPDT外加磁场发生器体积、重量过大，能耗过高的问题，本发明的目的在为AF-MPDT设计一种超导外加磁场发生器。超导外加磁场发生器的特点在于体积小、重量轻、能耗低，可有效解决上述问题。
根据本发明提供的一种用于AF-MPDT的高温超导外加磁场发生器，包括超导线圈装置7、第一压缩制冷机1、第二压缩制冷机2、电极转接器3、热传导片4、制冷箱5，热传导片4包括第一热传导片、第二热传导片；
第一压缩制冷机1通过第一热传导片与超导线圈装置7相连，能够对电极转接器降温；
第二压缩制冷机2通过热传导片4与电极转接器3相连，能够对电极转接器3降温；
超导线圈装置7的末端与电极转接器3连接，超导线圈装置7固定在制冷箱5内。
具体地，所述第一压缩制冷机1的冷头分别被两组热传导夹盖6紧包，所述热传导夹盖6通过第一热传导片与超导线圈装置7相连。
具体地，所述第二压缩制冷机2的冷头分别被两组热传导夹盖6紧包，所述热传导夹盖6通过第二热传导片与电极转接器3相连。
具体地，所述超导线圈装置7包括第一外夹盖71、第二外夹盖72、超导片73、内轴盖74；
超导片73缠绕在内轴盖74上，第一外夹盖71、第二外夹盖72分别从超导片73的外侧面覆盖超导片73，第一外夹盖71、第二外夹盖72通过紧固件进行夹紧；
超导片73的末端与电极转接器3连接。
具体地，所述超导线圈装置7通过支架固定支撑在制冷箱5的内壁或底板上，所述第一热传导片、第二热传导片采用热传导铜片，所述超导片73的外侧面与第一外夹盖 71的内侧面、第二外夹盖72的内侧面紧密接触，所述超导片73采用超导薄片，所述支架采用聚四氟乙烯支架。
根据本发明提供的一种利用所述的用于AF-MPDT的高温超导外加磁场发生器的降温方法，首先通过第一热传导片、第二热传导片和第一压缩制冷机1、第二压缩制冷机2 的连接，使得热传导夹盖6降温，再通过第二热传导片、第一热传导片分别对电极转接器3、超导线圈装置7的第一外夹盖71、第二外夹盖72进行降温，最后使得与电极转接器3连接的超导片73的末端、与第一外夹盖71、第二外夹盖72相接触的超导片73 降温。
为了使超导薄片的温度达到其工作所需要的临界温度，本发明采用热传导的方式分别对超导线圈、电极转接器以及热传导组件进行降温，如图1-2所示，两台压缩制冷机的冷头分别被两组热传导夹盖紧包，第二压缩制冷机1的一组热传导夹盖通过热传导铜片分别与正、负电极转接器相连，对电极转接器进行降温。紧包第一压缩制冷机2的热传导夹盖通过热传导铜片分别与超导线圈装置的两块外夹盖相连，外夹盖通过紧固件相互固定并且紧压超导薄片，使外夹盖内壁与超导薄片充分接触。超导薄片的两个末端被固定在两个电极转换器上。超导线圈装置通过位于侧面和内侧面的2对(共8片)聚四氟乙烯支撑板固定在制冷箱底板上。本发明为用于AF-MPDT的高温超导外加磁场发生器，外加磁场发生器的低温部分通过热传导铜片和两台压缩制冷机的冷头连接在一起，工作时，冷头率先冷却热传导夹盖，再通过热传导铜片分别对电极转接器和超导线圈装置外夹盖进行降温，最终使连接在电极转接器上的超导薄片末端和与超导线圈装置外夹盖紧贴的超导薄片温度降至临界温度以下。
如图3所示，超导薄片缠绕在超导线圈装置的内轴盖上，由两块外夹盖将超导薄片的外侧面覆盖，使超导片外侧面与夹盖内侧面充分接触，提高热传导效率，并使用紧固件将两个外夹盖夹紧固定。超导线圈装置通过8个聚四氟乙烯支架固定支撑在制冷箱的内壁和底板上。如图4、图5所示，两个外夹盖分别通过一组热传导铜片与夹紧在压缩机冷头的一对热传导夹盖相连接；超导薄片末端与电极转接器相连，为了使超导体能正常工作，超导薄片末端也需要处于临界温度以下，电极转接器也需要维持在超导的临界温度附近，两个电极连接器通过一组热传导铜片与另外一台压缩机冷头上的热传导夹盖相连接。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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申请和简化描述，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申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (5)

1.一种用于AF-MPDT的高温超导外加磁场发生器，其特征在于，包括超导线圈装置(7)、第一压缩制冷机(1)、第二压缩制冷机(2)、电极转接器(3)、第一热传导片、第二热传导片和制冷箱(5)；
第一压缩制冷机(1)通过第一热传导片与超导线圈装置(7)相连，能够对超导线圈装置(7)降温；
第二压缩制冷机(2)通过第二热传导片与电极转接器(3)相连，能够对电极转接器(3)降温；
超导线圈装置(7)的末端与电极转接器(3)连接，超导线圈装置(7)固定在制冷箱(5)内；
所述第一压缩制冷机(1)的冷头分别被两组热传导夹盖(6)紧包，所述热传导夹盖(6)通过第一热传导片与超导线圈装置(7)相连；
所述第二压缩制冷机(2)的冷头分别被两组热传导夹盖(6)紧包，所述热传导夹盖(6)通过第二热传导片与电极转接器(3)相连；
所述超导线圈装置(7)包括第一外夹盖(71)、第二外夹盖(72)、超导片(73)和内轴盖(74)；
超导片(73)缠绕在内轴盖(74)上，第一外夹盖(71)、第二外夹盖(72)分别从超导片(73)的外侧面覆盖超导片(73)，第一外夹盖(71)、第二外夹盖(72)通过紧固件进行夹紧；
超导片(73)的末端与电极转接器(3)连接；
所述超导线圈装置(7)通过支架固定支撑在制冷箱(5)的内壁或底板上；
所述超导片(73)的外侧面与第一外夹盖(71)的内侧面、第二外夹盖(72)的内侧面紧密接触。
2.根据权利要求1所述的用于AF-MPDT的高温超导外加磁场发生器，其特征在于，所述第一热传导片、第二热传导片采用热传导铜片。
3.根据权利要求1所述的用于AF-MPDT的高温超导外加磁场发生器，其特征在于，所述超导片(73)采用超导薄片。
4.根据权利要求1所述的用于AF-MPDT的高温超导外加磁场发生器，其特征在于，所述支架采用聚四氟乙烯支架。
5.一种利用权利要求1至4中任一项所述的用于AF-MPDT的高温超导外加磁场发生器的降温方法，其特征在于，首先通过第一热传导片、第二热传导片和第一压缩制冷机(1)、第二压缩制冷机(2)的连接，使得热传导夹盖(6)降温，再通过第二热传导片、第一热传导片分别对电极转接器(3)、超导线圈装置(7)的第一外夹盖(71)、第二外夹盖(72)进行降温，最后使得与电极转接器(3)连接的超导片(73)的末端、与第一外夹盖(71)、第二外夹盖(72)相接触的超导片(73)降温。
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