CN111219305A - 一种具有新型缓冲腔的霍尔推力器 - Google Patents

一种具有新型缓冲腔的霍尔推力器 Download PDF

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Abstract

一种具有新型缓冲腔的霍尔推力器，属于霍尔推力器技术领域。本发明解决现有小功率霍尔推力器由于尺寸过小导致的气体密度和均化程度不高的问题。本发明的内陶瓷屏和外陶瓷屏为内外嵌套的圆筒结构，内陶瓷屏和外陶瓷屏之间具有径向空隙和轴向空隙，构成内陶瓷屏和外陶瓷屏之间的缓冲腔结构；所述的阳极和外陶瓷屏通过气体分配器和螺母固定安装在底板上；内永磁铁通过永磁铁支架固定安装在内陶瓷屏内，并使用固定螺母与底板固定安装；外永磁铁套装在外陶瓷屏的外侧。本发明的放电通道采用外陶瓷屏和内陶瓷屏插接构成，外陶瓷屏和内陶瓷屏之间的区域形成缓冲腔，通过新型的缓冲腔结构增大了气体运动路径，使气体均化的更充分。

Description

一种具有新型缓冲腔的霍尔推力器
技术领域
本发明涉及一种具有新型缓冲腔的霍尔推力器，属于霍尔推力器技术领域。
背景技术
霍尔推力器是目前被广泛应用在电推进系统中，与传统的化学推进相比，具有效率高、比冲高、推力密度大、效率高以及寿命长等优点。其工作原理是：霍尔推力器放电通道内存在正交的电磁场，从阴极发射到通道内的电子受到正交电磁场的作用而向阳极漂移，与此同时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，磁场无法对其进行约束，从而在轴向电场力的作用下向通道出口加速喷出，从而产生推力。
随着航天事业的不断发展，对霍尔推力器的性能提出了更高的要求。而中性气体的流动对霍尔推力器的放电有很大的影响，研究表明，增加通道内的中性气体密度、提高中性气体的均化程度能够有效的增加推力器的电离度和性能以及放电稳定性。中等及以上的霍尔推力器通常采用缓冲腔的方式来均化气体，并增加气体密度，从而达到提高性能和稳定性的目的。
而小功率霍尔推力器的结构尺寸很小、通道很短，在这样狭小的空间内继续采用一般功率霍尔推力器的复杂缓冲腔会造成小功率推力器的尺寸和重量的增加，并且短通道无法像正常尺寸霍尔推力器一样能够包裹住气体，因此通道内气体密度无法维持在高水平，无法保证充分电离。同时霍尔推力器的基本物理过程也限制了小功率霍尔推力器的通道无法做到更窄从而增加通流密度，因为这会导致严重的等离子体对壁面的轰击，而且均化效果更加难以保证。因此，综合以上矛盾，需要一种新型的缓冲结构来解决小功率霍尔推力器的中性气体流动问题是十分必要的。
发明内容
本发明为了解决现有小功率霍尔推力器由于尺寸过小导致的气体密度和均化程度不高的问题，提供了一种具有新型缓冲腔的霍尔推力器，利用新型缓冲腔提高小功率霍尔推力器的中性气体的均化程度和密度，进而提高了霍尔推力器得放电性能和稳定性。
本发明的技术方案：
一种具有新型缓冲腔的霍尔推力器，包括底板1、螺母2、气体分配器3、永磁铁支架4、固定螺母5、外陶瓷屏7、内陶瓷屏9、阳极10、外永磁铁11和内永磁铁12；外陶瓷屏7和内陶瓷屏9为内外嵌套的圆筒结构，外陶瓷屏7和内陶瓷屏9之间具有径向空隙和轴向空隙，构成外陶瓷屏7和内陶瓷屏9之间的缓冲腔结构；所述的阳极10和内陶瓷屏9通过气体分配器3和螺母2固定安装在底板1上；内永磁铁12通过永磁铁支架4固定安装在外陶瓷屏7内，并使用固定螺母5与底板1固定安装；外永磁铁11套装在内陶瓷屏9的外侧。
优选的：所述的外陶瓷屏7和内陶瓷屏9的底部中心均开有圆形通孔，并且外陶瓷屏7的底部下表面圆形通孔的边沿设有圆筒状的外陶瓷屏安装部，内陶瓷屏9的底部上表面圆形通孔的边沿设有圆筒状的内陶瓷屏安装部，内陶瓷屏安装部与外陶瓷屏安装部插接安装构成分体陶瓷连接部8，形成外陶瓷屏7和内陶瓷屏9之间的轴向空隙，使外陶瓷屏7和内陶瓷屏9之间形成缓冲腔结构。
优选的：所述的阳极10包括套体和安装座，圆筒状的套体固定安装在环状的安装座的内圆边沿上；所述的套体套装在分体陶瓷连接部8的外侧，安装座与内陶瓷屏9的底部通过气体分配器3建立连接安装。
优选的：所述的气体分配器3紧贴阳极10的套体外壁并穿过安装座，将阳极10和内陶瓷屏9的底部通过螺母2螺接在底板1上。
优选的：所述的永磁铁支架4包括内永磁铁安装部和支撑杆，所述的内永磁铁安装部为圆筒状，支撑杆的一端固定安装在内永磁铁安装部的底部中心处，支撑杆的另一端穿过成分体陶瓷连接部8通过固定螺母5螺接在底板1上。
优选的：所述的固定螺母5与底板1之间还安装有防松垫圈6。
优选的：所述的内永磁铁12安装在内永磁铁安装部内。
本发明具有以下有益效果：本发明涉及一种具有新型缓冲腔的霍尔推力器，在小功率霍尔推力器中应用永磁铁，永磁铁相比于线圈励磁，拥有更高的磁能积，为推力器节约了内部励磁空间，因此新型缓冲腔得以应用。新型缓冲腔的缓冲作用提高了气体密度，解决了小功率霍尔的低流量导致的电离不充分问题；同时新型缓冲腔也增加了气体运动路径，使得气体均化的更充分，解决了推力器由于均化导致的放电不稳定问题。此外，这种缓冲腔的设计使得气体分配器直径更小，进一步缓解了由于单管供气导致的气体不均化问题。
附图说明
图1是具有新型缓冲腔的霍尔推力器内部结构示意图；
图2是内陶瓷屏和外陶瓷屏连接安装的结构示意图；
图中1-底板，2-螺母，3-气体分配器，4-永磁铁支架，5-固定螺母，6-防松垫圈，7-外陶瓷屏，8-分体陶瓷连接部，9-内陶瓷屏，10-阳极，11-外永磁铁，12-内永磁铁。
具体实施方式
结合附图1至图2说明本发明具体实施方式：本发明一种具有新型缓冲腔的霍尔推力器，如图1所示，包括底板1、螺母2、气体分配器3、永磁铁支架4、固定螺母5、外陶瓷屏7、内陶瓷屏9、阳极10、外永磁铁11和内永磁铁12；外陶瓷屏7和内陶瓷屏9为内外嵌套的圆筒结构，外陶瓷屏7和内陶瓷屏9之间具有径向空隙和轴向空隙，构成外陶瓷屏7和内陶瓷屏9之间的缓冲腔结构；所述的阳极10和内陶瓷屏9通过气体分配器3和螺母2固定安装在底板1上；内永磁铁12通过永磁铁支架4固定安装在外陶瓷屏7内，并使用固定螺母5与底板1固定安装；外永磁铁11套装在内陶瓷屏9的外侧。如此设置，利用外永磁铁11和内永磁铁12替代传统霍尔推力器的线圈励磁，在不增加额外的空间和重量的同时，将气体分配器3供给气体进行初次均化。内陶瓷屏9通过三个通孔实现在底板1上定位，并利用气体分配器3与螺母2固定于底板1上。
所述的外陶瓷屏7和内陶瓷屏9的底部中心均开有圆形通孔，并且外陶瓷屏7的底部下表面圆形通孔的边沿设有圆筒状的外陶瓷屏安装部，内陶瓷屏9的底部上表面圆形通孔的边沿设有圆筒状的内陶瓷屏安装部，内陶瓷屏安装部与外陶瓷屏安装部插接安装构成分体陶瓷连接部8，形成外陶瓷屏7和内陶瓷屏9之间的轴向空隙，使外陶瓷屏7和内陶瓷屏9之间形成缓冲腔结构。如此设置，如图2所示，由于本发明的新型缓冲腔使得陶瓷通道的结构更复杂，陶瓷无法一体化制作，因此该霍尔推力器的放电通道采用外陶瓷屏7和内陶瓷屏9插接构成，两块分体陶瓷的插接部位构成分体陶瓷连接部8，外陶瓷屏7和内陶瓷屏9之间的区域形成缓冲腔。
所述的阳极10包括套体和安装座，圆筒状的套体固定安装在环状的安装座的内圆边沿上；所述的套体套装在分体陶瓷连接部8的外侧，安装座与内陶瓷屏9的底部通过气体分配器3建立连接安装。如此设置，由于本发明的霍尔推力器较传统的空间更大，因此阳极10可以放置在更加远离出口的位置，有利于增加电子的运动路径，阻碍电离之后的低能电子直接到达阳极，使得电子电流更小，有利于增加电流利用率。
所述的气体分配器3紧贴阳极10的套体外壁并穿过安装座，将阳极10和内陶瓷屏9的底部通过螺母2螺接在底板1上。如此设置，气体分配器3要求紧贴阳极10的套体外壁，即要求气体分配器3紧贴缓冲腔内侧安装，这样的方式会最大化利用缓冲腔尺寸，使得气体得到充分缓冲和均化；也可以最小化气体分配器2的直径，使得单管供气得到更好的均化效果。
所述的永磁铁支架4包括内永磁铁安装部和支撑杆，所述的内永磁铁安装部为圆筒状，支撑杆的一端固定安装在内永磁铁安装部的底部中心处，支撑杆的另一端穿过成分体陶瓷连接部8通过固定螺母5螺接在底板1上，此时内永磁铁安装部套装在外陶瓷屏7内。如此设置，永磁铁支架4的作用除了压紧两块分体陶瓷外，还有固定内永磁铁的作用，将内永磁铁通过螺钉固定在永磁铁支架4上；另外永磁铁支架4还有隔热作用，推力器在放电过程中由于粒子与壁面的相互作用，陶瓷会产生热量，如果传递给永磁铁会造成其磁性能的下降。
所述的固定螺母5与底板1之间还安装有防松垫圈6。如此设置，外陶瓷屏7利用永磁铁支架4与固定螺母5以及防松垫圈6固定于内陶瓷屏9之上，由于推力器工作时的热胀可能导致两块分体陶瓷连接处8的松动而引发漏气，因此放松垫圈6的作用是时刻保证连接处8始终处于紧密状态。
本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。

Claims (6)

1.一种具有新型缓冲腔的霍尔推力器，其特征在于：包括底板(1)、螺母(2)、气体分配器(3)、永磁铁支架(4)、固定螺母(5)、外陶瓷屏(7)、内陶瓷屏(9)、阳极(10)、外永磁铁(11)和内永磁铁(12)；外陶瓷屏(7)和内陶瓷屏(9)为内外嵌套的圆筒结构，外陶瓷屏(7)和内陶瓷屏(9)之间具有径向空隙和轴向空隙，所述的外陶瓷屏(7)和内陶瓷屏(9)的底部中心均开有圆形通孔，并且外陶瓷屏(7)的底部下表面圆形通孔的边沿设有圆筒状的外陶瓷屏安装部，内陶瓷屏(9)的底部上表面圆形通孔的边沿设有圆筒状的内陶瓷屏安装部，内陶瓷屏安装部与外陶瓷屏安装部插接安装构成分体陶瓷连接部(8)，分体陶瓷连接部(8)使外陶瓷屏(7)和内陶瓷屏(9)之间形成轴向空隙，使外陶瓷屏(7)和内陶瓷屏(9)之间形成缓冲腔结构；所述的阳极(10)和内陶瓷屏(9)通过气体分配器(3)和螺母(2)固定安装在底板(1)上；内永磁铁(12)通过永磁铁支架(4)固定安装在外陶瓷屏(7)内，并使用固定螺母(5)与底板(1)固定安装；外永磁铁(11)套装在内陶瓷屏(9)的外侧。
2.根据权利要求1所述的一种具有新型缓冲腔的霍尔推力器，其特征在于：所述的阳极(10)包括套体和安装座，圆筒状的套体固定安装在环状的安装座的内圆边沿上；所述的套体套装在分体陶瓷连接部(8)的外侧，安装座与内陶瓷屏(9)的底部通过气体分配器(3)建立连接安装。
3.根据权利要求2所述的一种具有新型缓冲腔的霍尔推力器，其特征在于：所述的气体分配器(3)紧贴阳极(10)的套体外壁并穿过安装座，将阳极(10)和内陶瓷屏(9)的底部通过螺母(2)螺接在底板(1)上。
4.根据权利要求1所述的一种具有新型缓冲腔的霍尔推力器，其特征在于：所述的永磁铁支架(4)包括内永磁铁安装部和支撑杆，所述的内永磁铁安装部为圆筒状，支撑杆的一端固定安装在内永磁铁安装部的底部中心处，支撑杆的另一端穿过成分体陶瓷连接部(8)通过固定螺母(5)螺接在底板(1)上。
5.据权利要求1所述的一种具有新型缓冲腔的霍尔推力器，其特征在于：所述的固定螺母(5)与底板(1)之间还安装有防松垫圈(6)。
6.据权利要求1所述的一种具有新型缓冲腔的霍尔推力器，其特征在于：所述的内永磁铁(12)安装在内永磁铁安装部内。
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