CN110318964B - 一种基于毛细管的工质流量供给量调节装置 - Google Patents

一种基于毛细管的工质流量供给量调节装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于毛细管的工质流量供给量调节装置。将低压储罐引出的气体输运到一根毛细管中，将该毛细管路引入到推力器内磁路中，并在内励磁线圈上进行缠绕，随后从霍尔推力器的内磁路引出接入气体分配器；当推力器工作过程中内励磁线圈温度升高时毛细管中的流阻会变大，此时流过其中的工质流量会节流降低，相应地霍尔推力器内磁路温度也会降低；当内磁路温度降低后，缠绕其上的毛细管中的流阻又会变小，流经其中的工质流量也会相应地变大。从而利用推力器工作过程中内磁路温度的变化实现其工质流量供给的自适应调节，本发明有效地省去原工质气体控制热节流模块的质量和体积，提高了调节工质流量供给量的灵敏度。

Description

一种基于毛细管的工质流量供给量调节装置
技术领域
本发明涉及霍尔效应电推力器的工质流量供给量调节领域，特别是涉及一种基于毛细管的工质流量供给量调节装置。
背景技术
等离子体霍尔效应推力器是利用电场和磁场的共同作用将电能转换为工质动能的一种功能转换装置，是空间推进中使用最多的一种电推力器之一，稳定的工质流量调节对于霍尔推力器放电过程有着重要的影响。
霍尔推力器工作过程中工质流量的供给调节一般包括以下几个过程：首先，高压储罐放气，然后气体沿着供气管路流入下游的压力调节模块，随后气体的压力会被调节降低，并进入到与其相连的低压储罐内。然后打开低压储罐放气，此时气体会流过一个热节流阀后经由气体分配器进入到放电通道内与阴极发射的电子发生碰撞电离。当霍尔推力器工作状态发生改变时可以通过改变热节流阀加热电源的温度来改变通过热节流阀工质的供给量，从而改变霍尔推力器的工作状态，从而保证霍尔推力器时刻处于一种相对稳定的放电状态。现有的工质气体流量调节方式需要一个附加的加热电源来实时改变热节流阀的温度，进而调节流经其中工质气体的供给量，但是该加热电源会占用卫星平台的有效载荷质量和体积，且该种方法调节灵敏度较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于毛细管的工质流量供给量调节装置，以解决现有的工质流量供给量的调节方法调节灵敏度低的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于毛细管的工质流量供给量调节装置，包括：高压储罐、压力调节模块、低压储罐、毛细管、霍尔推力器；
所述高压储罐的输出端与所述压力调节模块的输入端相连接，所述压力调节模块的输出端与所述低压储罐的输入端相连接，所述低压储罐的输出端与所述毛细管的一端相连接，所述毛细管的另一端缠绕于所述霍尔推力器中的内励磁线圈上，并从所述霍尔推力器的内磁路引出，接入所述霍尔推力器的气体分配器；
所述高压储罐放出的高压气体依次经过所述压力调节模块、所述低压储罐以及所述毛细管之后，进入到所述气体分配器中，通过所述气体分配器进入放电通道内部发生电离碰撞，所述霍尔推力器工作时，所述内磁路的温度升高，所述内励磁线圈上的所述毛细管中的流动阻力增大，所述霍尔推力器的工质流量供给量自动节流降低；所述霍尔推力器未工作时，所述内磁路的温度降低，所述内励磁线圈上的所述毛细管中的流动阻力减小，所述霍尔推力器的工质流量供给量增大，实现工质流量供给量自适应调节。
可选的，通过调节所述内励磁线圈上缠绕的所述毛细管的匝数以调节所述毛细管的路段的长度，以控制所述工质流量供给量。
可选的，所述毛细管的外径为0.3毫米，壁厚为0.1毫米。
可选的，所述毛细管的外径为0.4毫米，壁厚为0.1毫米。
可选的，所述毛细管的匝数为15匝-30匝。
可选的，还包括：第一供气管路、第二供气管路、热节流阀以及阴极；
所述第一供气管路以及所述第二供气管路与所述低压储罐相连通；
所述第一供气管路与所述毛细管相连接；所述第二供气管路通过所述热节流阀与所述阴极相连接。
可选的，所述热节流阀内设有金属阀芯；
所述金属阀芯的材料为钢质材料或铁质材料。
可选的，所述霍尔推力器具体包括：第一外励磁线圈以及第二外励磁线圈；
所述内励磁线圈设于所述第一外励磁线圈以及所述第二外励磁线圈之间；
所述气体分配器设于所述第一外励磁线圈与所述内励磁线圈之间。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供了一种基于毛细管的工质流量供给量调节装置，利用霍尔推力器内磁路温度加热毛细管实现工质流量供给量自适应调节，有效地省去了原来工质气体控制的热节流阀模块的重量和体积，提高了调节工质流量供给量的灵敏度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的基于毛细管的工质流量供给量调节装置结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种基于毛细管的工质流量供给量调节装置，能够提高调节工质流量供给量的灵敏度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明所提供的基于毛细管的工质流量供给量调节装置结构图，如图1所示，本发明包括高压储罐1、压力调节模块2、低压储罐3、毛细管5、霍尔推力器12和阴极13；所述霍尔推力器12由气体分配器6(阳极)、第一外励磁线圈8、内励磁线圈9、第二外励磁线圈10、放电通道7和磁极11组成；所述气体分配器6位于所述放电通道7内部，所述放电通道7为第一外励磁线圈8与所述内励磁线圈9之间的通道，其中，阴极13是霍尔推力器12的放电组件之一，主要的功能是提供电子源并与阳极之间建立放电回路，阴极13工作也需要提供一定的工质流量，但流量较小并且对稳定性要求不高，因此一般就是采用一个节流元件控制一下就可以了，不用加热调节。
供气过程如下：首打开高压储罐1放气，该高压气体流经和高压储罐1输出端相连接的压力调节模块2，从压力调节模块2的输出端流出低压的气体，并沿着气体管路进入与压力调节模块2相连的低压储罐3，气体从低压储罐3流出后会接入到一个毛细管5上，将该毛细管5引入到霍尔推力器12内磁路中，将毛细管5缠绕到内励磁线圈9上，并从推力器内磁路引出后，接入到霍尔推力器12的气体分配器6上，气体最终流入气体分配器6后进入放电通道7完成电离放电；本发明还包括第一供气管路4、第二供气管路15以及热节流阀14；其中，所述第一供气管路以及所述第二供气管路与所述低压储罐3相连通；所述第一供气管路与所述毛细管5相连接；所述第二供气管路通过所述热节流阀与所述阴极13相连接。
由于霍尔推力器12工作过程中内磁路回路的温度会逐渐升高，此时缠绕在其上面的毛细管5中的流动阻力就会变大，通过其中的工质流量会自动节流降低，相应地霍尔推力器12工作温度和内磁路温度也会逐渐降低；随后，当内磁路温度逐渐降低后，缠绕在其上面毛细管5中的流动阻力又会逐渐降低，流经毛细管5的工质流量又会逐渐变大。如此，就可以利用霍尔推力器12工作过程中自身内励磁温度的变化实现其工质流量供给的自适应调节，保证推力器时刻处于一种相对稳定的工作状态。
其中，在内励磁线圈9上缠绕毛细管5的匝数为15-30匝，所用毛细管5的外径为0.3mm，壁厚为0.1mm，保证流经毛细管5的工质气体流量具有较大的调节范围。
对于所用毛细管5的孔径可以进行适当的变化，改变其内部的流动阻力，进而改变流经毛细管5的工质流量供给量的大小所用毛细管5的外径为0.4mm，壁厚为0.1mm。
本发明有效地解决了现有工质流量供给量调节方法中热节流阀系统部分加热电源加热电源技术设计复杂，且占据卫星平台有效质量和体积较大的缺点，同时利用了霍尔推力器12工作过程中自身内磁路温度的实时变化实现了工质气体供给的自适应调节，提高了调节灵敏度。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种基于毛细管的工质流量供给量调节装置，其特征在于，包括：高压储罐、压力调节模块、低压储罐、毛细管、霍尔推力器；
所述高压储罐的输出端与所述压力调节模块的输入端相连接，所述压力调节模块的输出端与所述低压储罐的输入端相连接，所述低压储罐的输出端与所述毛细管的一端相连接，所述毛细管的另一端缠绕于所述霍尔推力器中的内励磁线圈上，并从所述霍尔推力器的内磁路引出，接入所述霍尔推力器的气体分配器；
所述高压储罐放出的高压气体依次经过所述压力调节模块、所述低压储罐以及所述毛细管之后，进入到所述气体分配器中，通过所述气体分配器进入放电通道内部发生电离碰撞；所述霍尔推力器工作时，所述内磁路的温度升高，所述内励磁线圈上的所述毛细管中的流动阻力增大，所述霍尔推力器的工质流量供给量自动节流降低；所述霍尔推力器未工作时，所述内磁路的温度降低，所述内励磁线圈上的所述毛细管中的流动阻力减小，所述霍尔推力器的工质流量供给量增大，实现工质流量供给量自适应调节。
2.根据权利要求1所述的基于毛细管的工质流量供给量调节装置，其特征在于，通过调节所述内励磁线圈上缠绕的所述毛细管的匝数以调节所述毛细管的路段的长度，以控制所述工质流量供给量。
3.根据权利要求2所述的基于毛细管的工质流量供给量调节装置，其特征在于，所述毛细管的外径为0.3毫米，壁厚为0.1毫米。
4.根据权利要求2所述的基于毛细管的工质流量供给量调节装置，其特征在于，所述毛细管的外径为0.4毫米，壁厚为0.1毫米。
5.根据权利要求3或4任一项所述的基于毛细管的工质流量供给量调节装置，其特征在于，所述毛细管的匝数为15匝-30匝。
6.根据权利要求1所述的基于毛细管的工质流量供给量调节装置，其特征在于，还包括：第一供气管路、第二供气管路、热节流阀以及阴极；
所述第一供气管路以及所述第二供气管路与所述低压储罐相连通；
所述第一供气管路与所述毛细管相连接；所述第二供气管路通过所述热节流阀与所述阴极相连接。
7.根据权利要求6所述的基于毛细管的工质流量供给量调节装置，其特征在于，所述热节流阀内设有金属阀芯；
所述金属阀芯的材料为钢质材料或铁质材料。
8.根据权利要求1所述的基于毛细管的工质流量供给量调节装置，其特征在于，所述霍尔推力器具体包括：第一外励磁线圈以及第二外励磁线圈；
所述内励磁线圈设于所述第一外励磁线圈以及所述第二外励磁线圈之间；
所述气体分配器设于所述第一外励磁线圈与所述内励磁线圈之间。
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