CN111120232A - 一种可实现微调控放电性能的会切场等离子体推力器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可实现微调控放电性能的会切场等离子体推力器，包括一端设置在陶瓷通道底部、一端为自由端的导磁阳极、绕线套筒、陶瓷环和励磁线圈，绕线套筒包括圆柱形套筒、限位板和连接板，限位板和连接板固定设置在圆柱形套筒的两端，限位板和连接板之间形成绕线区域，导磁阳极的自由端穿过所述绕线套筒的圆柱形套筒设置，陶瓷环设置在圆柱形套筒的内壁和导磁阳极外表面之间，励磁线圈绕在绕线套筒外表面，绕线套筒依次与推力器盖板和推力器外壳固定连接，会切场等离子体推力器至少包括两个永磁体。本发明利用线圈电流调节实现推力器磁场的可调可控，进而通过调节磁场调控推力器内部的电离加速过程，实现对放电及性能参数的微调。
Description
技术领域
本发明属于会切场等离子体推力器设计领域，尤其是涉及一种可实现微调控放电性能的会切场等离子体推力器。
背景技术
会切场等离子体推力器作为一种新型的电推进系统。在放电过程中，阴极释放的电子受到会切磁场的约束，在磁镜效应的作用下于通道内部磁尖端处往复螺旋运动，这样既能保证电子的有效束缚，提高电离率，同时也能大大降低电子与通道内壁的碰撞频率。电离产生的离子依靠通道出口的局部电磁场来加速，在出口处形成羽流，产生推力。所以会切场推力器综合了离子推力器和霍尔推力器的优势，具有壁面侵蚀弱、寿命长、推力密度高的特点。因而其逐渐受到各航天大国的高度重视，多国多家研究机构陆续对该类型推力器开展研究。并且研究成果均发现该推力器具有推力跨越三个数量级的连续可调能力的优势，具备应用于无拖曳卫星实现高精度卫星轨控的可行性。在未来的LISA引力波探测计划中也将会切场推力器作为其无拖曳控制的备选推进方案。
但是为保证卫星轨控精度，无拖曳控制对推力器的推力分辨率和实现精度提出了非常高的要求，而目前的会切场推力器研究中均发现推力虽然可实现宽范围调节、覆盖推力要求范围，但是其调节分辨率尚未满足无拖曳控制的要求，所以急需一种可实现微调控推力器内部放电过程、提高推力分辨率和实现精度的会切场推力器。
发明内容
由于现有的会切场推力器采用永磁体形成会切磁场，其磁场位形和强度在任何工况任何时间都是固定不变的。有鉴于此，本发明旨在提出一种可实现微调控放电性能的会切场等离子体推力器，本发明引入可调励磁线圈，利用线圈电流调节实现推力器磁场的可调可控，进而通过调节磁场调控推力器内部的电离加速过程，实现对放电及性能参数的微调。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种可实现微调控放电性能的会切场等离子体推力器，包括一端设置在陶瓷通道底部、一端为自由端的导磁阳极、绕线套筒、陶瓷环和励磁线圈，所述导磁阳极为空心阳极，所述的绕线套筒包括圆柱形套筒、限位板和连接板，所述的限位板和连接板固定设置在圆柱形套筒的两端，所述的限位板和连接板之间形成绕线区域，所述的导磁阳极的自由端穿过所述绕线套筒的圆柱形套筒设置，所述的陶瓷环设置在圆柱形套筒的内壁和导磁阳极外表面之间，所述励磁线圈绕在绕线套筒外表面，所述的绕线套筒依次与推力器盖板和推力器外壳固定连接；
会切场等离子体推力器至少包括两个永磁体。
进一步的，所述推力器包括第一永磁体和第二永磁体，所述第一永磁体靠近导磁阳极设置，所述第二永磁体远离导磁阳极设置。
进一步的，所述连接板上均匀设有6个将绕线套筒依次与推力器盖板和推力器壳体固定连接的安装孔。
进一步的，所述绕线套筒的长度短于所述导磁阳极的长度。
进一步的，所述陶瓷环的长度等于绕线套筒的长度。
进一步的，所述导磁阳极采用铁制成，所述绕线套筒采用铝制成，所述励磁线圈采用铜线制成。
进一步的，在导磁阳极的自由端安装供气管。
相对于现有技术，本发明所述的一种可实现微调控放电性能的会切场等离子体推力器具有以下优势：
本发明所述的一种可实现微调控放电性能的会切场等离子体推力器，通过在传统的推力器阳极前端进气管路周围增加可调励磁线圈，调节近阳极区磁场，对近阳极区的电子传导可进行实时调节，进而实时调控推力器内部电离度，达到微调放电过程和输出性能参数的目的，最终可提高推力器输出推力的分辨率，为其实现无拖曳卫星应用提供可能。
此外该发明有助于拓宽推力器的工作范围。在高电压大流量工况下可通过调节线圈电流，增强阳极的磁镜作用，抑制电子传导，加强该区域的电离过程，降低阳极热沉积，有助于放电电压上限的进一步提高；若在低电压小流量工况下，则可减弱磁镜，进而减弱对电子向阳极迁移的限制，有助于在低功率工况维持放电。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明所述的一种实现微调控放电性能的会切场等离子体推力器的结构示意图；
图2为本发明所述的一种实现微调控放电性能的会切场等离子体推力器的未安装励磁线圈的立体结构示意图；
图3为本发明所述的推力器的导磁阳极的立体结构示意图；
图4为本发明所述的推力器的绕线套筒的立体结构示意图；
图5为在不同励磁电流下的本发明所述的推力器中轴线的磁场强度变化示意图。
附图标记说明：
1-第二永磁体，2-陶瓷通道，3-第一垫片，4-第一永磁体，5-推力器外壳，6-推力器盖板，7-绕线套筒，701-圆柱形套筒，702-限位板，703-安装板，8-第二垫片，9-阳极，10-陶瓷环，11-励磁线圈，12-安装孔。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1-图4所示，一种可实现微调控放电性能的会切场等离子体推力器，包括一端设置在陶瓷通道2底部、一端为自由端的导磁阳极9、绕线套筒7、陶瓷环10和励磁线圈11，所述导磁阳极9为空心阳极，所述的绕线套筒7包括圆柱形套筒701、限位板702和连接板703，所述的限位板702和连接板703固定设置在圆柱形套筒701的两端，所述的限位板702和连接板703之间形成绕线区域，所述的导磁阳极9的自由端穿过所述绕线套筒7的圆柱形套筒701设置，所述的陶瓷环10设置在圆柱形套筒701的内壁和导磁阳极9外表面之间，所述励磁线圈11绕在绕线套筒7外表面，所述的绕线套筒7依次与推力器盖板6和推力器外壳5固定连接；
会切场等离子体推力器包括第一永磁体4和第二永磁体1，所述第一永磁体4靠近导磁阳极9设置，所述第二永磁体1远离导磁阳极9设置；
会切场等离子体推力器还包括推力器外壳5、所述第一永磁体4和第二永磁体1设置在推力器外壳5内，所述第一永磁体4和第二永磁体1均为圆柱形永磁体，且两者之间通过第一垫片3分隔，所述第一永磁体4和第二永磁体4的内壁设置陶瓷通道2，第一永磁体4与推力器盖板6之间设有第二垫片8。
连接板703上均匀设有6个将绕线套筒7依次与推力器盖板6和推力器壳体5固定连接的安装孔12，安装牢固可靠。
绕线套筒7的长度短于所述导磁阳极9的长度，以便于在空心阳极9的自由端安装供气管，工质气体经空心阳极内部进入推力器进行电离放电。
陶瓷环10的长度等于绕线套筒7的长度，实现绕线套筒7与导磁阳极9之间绝缘，防止阳极高电压影响励磁线圈正常运行。
导磁阳极9采用铁制成，所述绕线套筒7采用铝制成，所述励磁线圈11采用铜线制成。
推力器运行时利用恒流源对励磁线圈进行供电，通过调节励磁线圈11供电电流，使得励磁线圈11产生的磁场调节近阳极区(第一级永磁体4处)的磁场分布，图5展示了励磁线圈11在正反向0-8A供电时推力器中轴线的磁场强度变化，可看出励磁线圈11确实可以有效调节近阳极区的磁场，实现0.15-0.62T之间的连续变化。通过磁场调控可以有效改变近阳极区的电子运动、原子电离度，最终改变推力器的离子输出及性能参数。
传统的会切场推力器可调参数是阳极电压和供气流量。这两个参数是维持放电的必要条件，但是无法精确调控推力器的工作状态，导致了推力分辨率难以得到进一步的提高。而该新型推力器在运行过程中，通过励磁电流微控近阳极区磁场位形，达到微调输出推力，提高推力分辨率的目的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种可实现微调控放电性能的会切场等离子体推力器，其特征在于：包括一端设置在陶瓷通道(2)底部、一端为自由端的导磁阳极(9)、绕线套筒(7)、陶瓷环(10)和励磁线圈(11)，所述导磁阳极(9)为空心阳极，所述的绕线套筒(7)包括圆柱形套筒(701)、限位板(702)和连接板(703)，所述的限位板(702)和连接板(703)固定设置在圆柱形套筒(701)的两端，所述的限位板(702)和连接板(703)之间形成绕线区域，所述的导磁阳极(9)的自由端穿过所述绕线套筒(7)的圆柱形套筒(701)设置，所述的陶瓷环(10)设置在圆柱形套筒(701)的内壁和导磁阳极(9)外表面之间，所述励磁线圈(11)绕在绕线套筒(7)外表面，所述的绕线套筒(7)依次与推力器盖板(6)和推力器外壳(5)固定连接；
会切场等离子体推力器至少包括两个永磁体。
2.根据权利要求1所述的一种可实现微调控放电性能的会切场等离子体推力器，其特征在于：所述推力器包括第一永磁体(4)和第二永磁体(1)，所述第一永磁体(4)靠近导磁阳极(9)设置，所述第二永磁体(1)远离导磁阳极(9)设置。
3.根据权利要求2所述的一种可实现微调控放电性能的会切场等离子体推力器，其特征在于：所述连接板(703)上均匀设有6个将绕线套筒(7)依次与推力器盖板(6)和推力器壳体(5)固定连接的安装孔(12)。
4.根据权利要求3所述的一种可实现微调控放电性能的会切场等离子体推力器，其特征在于：所述绕线套筒(7)的长度短于所述导磁阳极(9)的长度。
5.根据权利要求4所述的一种可实现微调控放电性能的会切场等离子体推力器，其特征在于：所述陶瓷环(10)的长度等于绕线套筒(7)的长度。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种可实现微调控放电性能的会切场等离子体推力器，其特征在于：所述导磁阳极(9)采用铁制成，所述绕线套筒(7)采用铝制成，所述励磁线圈(11)采用铜线制成。
7.根据权利要求6所述的一种可实现微调控放电性能的会切场等离子体推力器，其特征在于：在导磁阳极(9)的自由端安装供气管。
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