CN111219307B - 一种霍尔推力器阳极结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种霍尔推力器阳极结构，包括配气腔和配气挡板，配气腔为纵向轴截面为等腰梯形的环形腔体结构，配气挡板与阳极所处位置磁力线平行设置，配气挡板包括内挡板环和外挡板环，配气腔由外侧壁、上端面、内侧壁和下端面围合而成，内挡板环与配气腔的内侧壁固定连接，外挡板环与配气腔的外侧壁固定连接，在配气腔的内侧壁和外侧壁上沿周向对称均匀开有多个径向出气孔，内挡板环和外挡板环与各自侧的侧壁之间形成气体混合腔。本发明简化阳极气体分配器一体化结构的加工和安装过程，降低成本，均匀化推力器工质气体扩散，减少放电通道内的电子对一体化结构的溅射侵蚀，优化推力器电离和放电性能。

Description

一种霍尔推力器阳极结构
技术领域
本发明属于霍尔推力器技术领域，尤其是涉及一种霍尔推力器阳极结构。
背景技术
霍尔推力器(Hall Effect Thruster，简称HET)是一种利用正交电磁场电离和加速原子工质，将电能转换为离子动能，获得较高比冲的电推力器。它具有结构简单、比冲高、效率高、工作寿命长、功率密度高、在轨服役时间长等特点，适用于各类航天器的姿态控制、轨道修正、轨道转移、动力补偿、位置保持、重新定位、离轨处理、宇宙探测和星际航行等任务，是目前国际上应用最多最成熟的电推进系统。
永磁霍尔推力器工作原理为两个半径不同的陶瓷套管组成环形等离子放电通道约束等离子体运动，内外永磁环和磁极磁屏共同在通道内产生磁场，阴极发射的电子进入放电通道内在正交电磁场的作用下做霍尔漂移，从放电通道底部注入的推进剂与电子发生碰撞产生离子，离子在放电通道中被电离和加速向后喷出产生推力。
目前所采用的阳极气体分配器一体化结构，采用焊接方式连接阳极和气体分配器，加工困难且成本较高，且在通道内只能向阳极一侧喷射气体，气体扩散均匀性有待提高，同时一体化结构与磁力线交叉现象，使得电子在沿磁力线轰击到阳极，恶化阳极工作条件及推力器放电工况。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种霍尔推力器阳极结构，简化阳极气体分配器一体化结构的加工和安装过程，降低成本，进一步均匀化推力器工质气体扩散，减少放电通道内的电子对一体化结构的溅射侵蚀，进而优化推力器电离和放电性能。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种霍尔推力器阳极结构，包括配气腔和配气挡板，所述的配气腔为纵向轴截面为等腰梯形的环形腔体结构，配气挡板与阳极所述位置磁力线平行设置，所述的配气挡板包括内挡板环和外挡板环，所述的配气腔由外侧壁、上端面、内侧壁和下端面围合而成，所述的内挡板环与配气腔的内侧壁固定连接，所述的外挡板环与配气腔的外侧壁固定连接，且配气腔的上端面与内挡板环的上端面和外挡板环的上端面均平齐，在所述的配气腔的内侧壁和外侧壁上沿周向对称均匀开有多个径向出气孔，所述的内挡板环和外挡板环与各自侧的侧壁之间形成气体混合腔。
进一步的，所述内挡板环与配气腔的内侧壁平行设置，所述的外挡板环与配气腔的外侧壁平行设置。
进一步的，所述的内挡板环和外挡板环为轴对称结构，均包括一体设置的连接沿和遮挡体，所述的连接沿与配气腔的上端面平行设置，所述的遮挡体与各自侧的侧壁平行设置。
进一步的，配气腔的内侧壁上部设有配气腔内螺纹段，配气腔的外侧壁上部设有配气腔外螺纹段，相应的，内挡板环的连接沿上设有内档板环外螺纹段，所述外挡板环的连接沿上设有外挡板环内螺纹段。
进一步的，所述内挡板环的遮挡体和外挡板环的遮挡体遮挡各自侧的径向出气孔。
进一步的，纵向轴截面为等腰梯形的所述配气腔的底角的角度在30°至90°范围内。
进一步的，在配气腔的外侧壁和内侧壁上均沿轴向方向至少设置两排径向出气孔。
进一步的，以径向出气孔的中轴线与配气腔相应侧壁垂直定义为基准0°，偏向配气腔底部的方向为负，偏向配气腔顶部的方向为正，则径向出气孔的角度范围为-45°至60°。
进一步的，所述配气腔的下端面通过若干螺纹柱与放电通道底部固定连接，且其中一个螺纹柱为空心进气螺纹柱。
进一步的，配气腔的腔壁和配气挡板的材料为金属钼或无磁不锈钢。
相对于现有技术，本发明所述的一种霍尔推力器阳极结构具有以下优势：
本发明所述的一种霍尔推力器阳极结构，通过采用梯形截面配气腔和配气挡板结构并在配气腔内外侧壁同时开有出气孔，既使得阳极结构自带配气结构，简化了阳极气体分配器的结构，可以使气体在阳极内均匀扩散并从阳极两侧均匀扩散到放电通道内，有利于工质气体的均匀电离。配气挡板结构与阳极所处位置磁力线平行设置，可以更好的与通道内磁场耦合，减少阳极与磁力线的交叉，有利于降低电子对阳极的溅射侵蚀，从而有利于提高推力器放电性能。配气腔和配气挡板环通过螺纹结构连接，降低了加工安装难度和成本；内挡板环和外挡板环与各自侧的侧壁之间形成气体混合腔，为了使从配气腔出来的气体在气体混合腔内进行二次混合扩散，进一步使气体分布均匀。
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为本发明实施例所述的一种霍尔推力器阳极结构的立体结构示意图；
图2为图1的纵向轴截后的立体结构示意图；
图3为本发明实施例所述的一种霍尔推力器阳极结构的螺纹连接局部示意图。
附图标记说明：
1-配气腔，1-1-径向出气孔，1-2-配气腔内螺纹段，1-3-配气腔外螺纹段，2-内挡板环，2-1-内挡板环外螺纹段，3-外挡板环，3-1-外挡板环内螺纹段，4-螺纹柱，5-气体混合腔。
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3所示，一种霍尔推力器阳极结构，包括配气腔1和配气挡板，所述的配气腔1为纵向轴截面为等腰梯形的环形腔体结构，配气挡板与阳极所处位置的磁力线平行设置，所述的配气挡板包括内挡板环2和外挡板环3，也就是内挡板环2和外挡板环3与阳极所处位置的磁力线平行设置，所述的配气腔1由外侧壁、上端面、内侧壁和下端面围合而成，所述的内挡板环2与配气腔1的内侧壁固定连接，所述的外挡板环3与配气腔1的外侧壁固定连接，且配气腔1的上端面与内挡板环2的上端面和外挡板环3的上端面均平齐，在所述的配气腔1的内侧壁和外侧壁上沿周向对称均匀开有多个径向出气孔1-1，所述的内挡板环2和外挡板环3与各自侧的侧壁之间形成气体混合腔5。
内挡板环2与配气腔1的内侧壁平行设置，所述的外挡板环3与配气腔1的外侧壁平行设置。内挡板环2和外挡板环3为轴对称结构，均包括一体设置的连接沿和遮挡体，所述的连接沿与配气腔1的上端面平行设置，所述的遮挡体与各自侧的侧壁平行设置。配气腔1的内侧壁上部设有配气腔内螺纹段1-2，配气腔1的外侧壁上部设有配气腔外螺纹段1-3，相应的，内挡板环2的连接沿上设有内档板环外螺纹段2-1，所述外挡板环3的连接沿上设有外挡板环内螺纹段3-1。内挡板环2的遮挡体和外挡板环3的遮挡体遮挡各自侧的径向出气孔1-1，也就是配气挡板环内挡板环2、外挡板环3的长度应大于配气腔1顶部至出气孔1-1的长度，其目的是为了使从配气腔1出来的气体在配气腔1与配气挡板的间隙进行二次混合扩散，进一步使气体分布均匀。
纵向轴截面为等腰梯形的所述配气腔1的底角的角度在30°至90°范围内，梯形截面和倾斜的出气孔使得气体在腔体内混合的更充分，减小了径向出气速度，优化了气体扩散。
在配气腔1的外侧壁和内侧壁上均沿轴向方向至少设置两排径向出气孔1-1，有利于扩散至配气挡板间的气体分布更加均匀。以径向出气孔1-1的中轴线与配气腔1相应侧壁垂直定义为基准0°，偏向配气腔底部的方向为负，偏向配气腔顶部的方向为正，则径向出气孔的角度范围为-45°至60°，改变径向出气孔1-1角度要相应改变配气挡板长度保证气体扩散在配气挡板间隙中可以进一步均匀化。
配气腔1的下端面通过若干螺纹柱4与放电通道底部固定连接，且其中一个螺纹柱为空心进气螺纹柱。配气腔1的腔壁(也就是外侧壁、上端面、内侧壁和下端面)和配气挡板的材料为金属钼或无磁不锈钢。
阳极结构关于放电通道中径线对称，保证从阳极两侧扩散的气体关于放电通道中径线对称，有利于气体在通道内的均匀扩散。
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 (6)

1.一种霍尔推力器阳极结构，其特征在于：包括配气腔(1)和配气挡板，所述的配气腔(1)为纵向轴截面为等腰梯形的环形腔体结构，配气挡板与阳极所处位置的磁力线平行设置，所述的配气挡板包括内挡板环(2)和外挡板环(3)，所述的配气腔(1)由外侧壁、上端面、内侧壁和下端面围合而成，所述的内挡板环(2)与配气腔(1)的内侧壁固定连接，所述的外挡板环(3)与配气腔(1)的外侧壁固定连接，且配气腔(1)的上端面与内挡板环(2)的上端面和外挡板环(3)的上端面均平齐，在所述的配气腔(1)的内侧壁和外侧壁上沿周向对称均匀开有多个径向出气孔(1-1)，所述的内挡板环(2)和外挡板环(3)与各自侧的侧壁之间形成气体混合腔(5)；
所述内挡板环(2)与配气腔(1)的内侧壁平行设置，所述的外挡板环(3)与配气腔(1)的外侧壁平行设置；
所述的内挡板环(2)和外挡板环(3)为轴对称结构，均包括一体设置的连接沿和遮挡体，所述的连接沿与配气腔(1)的上端面平行设置，所述的遮挡体与各自侧的侧壁平行设置；
配气腔(1)的内侧壁上部设有配气腔内螺纹段(1-2)，配气腔(1)的外侧壁上部设有配气腔外螺纹段(1-3)，相应的，内挡板环(2)的连接沿上设有内档板环外螺纹段(2-1)，所述外挡板环(3)的连接沿上设有外挡板环内螺纹段(3-1)；
所述内挡板环(2)的遮挡体和外挡板环(3)的遮挡体遮挡各自侧的径向出气孔(1-1)。
2.根据权利要求1所述的一种霍尔推力器阳极结构，其特征在于：纵向轴截面为等腰梯形的所述配气腔(1)的底角的角度在30°至90°范围内。
3.根据权利要求1所述的一种霍尔推力器阳极结构，其特征在于：在配气腔(1)的外侧壁和内侧壁上均沿轴向方向至少设置两排径向出气孔(1-1)。
4.根据权利要求2所述的一种霍尔推力器阳极结构，其特征在于：以径向出气孔(1-1)的中轴线与配气腔(1)相应侧壁垂直定义为基准0°，偏向配气腔底部的方向为负，偏向配气腔顶部的方向为正，则径向出气孔的角度范围为-45°至60°。
5.根据权利要求1所述的一种霍尔推力器阳极结构，其特征在于：所述配气腔(1)的下端面通过若干螺纹柱(4)与放电通道底部固定连接，且其中一个螺纹柱为空心进气螺纹柱。
6.根据权利要求1所述的一种霍尔推力器阳极结构，其特征在于：配气腔(1)的腔壁和配气挡板的材料为金属钼或无磁不锈钢。
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