CN111561431B - 一种用于碘工质电推力器冷凝产物清除的热辐射阳极结构 - Google Patents
一种用于碘工质电推力器冷凝产物清除的热辐射阳极结构 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种用于碘工质电推力器冷凝产物清除的热辐射阳极结构，包括电磁铁、导体、热辐射板、套在电推力器阳极上的滑套、触点和套在滑套上的铁磁性环，在电磁铁前方的电推力器阳极上设有绝缘夹层，导体套设在绝缘夹层上，热辐射板的首部与电推力器阳极的首部铰接，热辐射板的尾部通过连杆与触点铰接，触点固定在滑套的后端面上，在绝缘夹层与滑套之间的电推力器阳极上设有弹簧，通电时，电磁铁产生磁性吸引铁磁性环沿电推力器阳极的轴线移动，触点与导体连通，并通过连杆带动所述热辐射板绕与电推力器阳极的首部的连接处旋转，扩大热辐射面积。本发明清除了电推力器阳极供气通道与放电通道上碘工质的冷凝产物，且不影响电推力器的工作性能。
Description
技术领域
本发明属于空间电推进技术和电推力器固体工质残留物清除技术领域，尤其是涉及一种用于碘工质电推力器冷凝产物清除的热辐射阳极结构。
背景技术
目前，随着诸如引力波探测之类的新型航天任务的出现，传统的化学推进越来越难以满足任务的要求，由此促进了空间电推进这一新型推进技术的发展。电推进通常使用氙作为推力器工质，因为其具有电离能低，相对原子质量较大等特点。但由于其常温常压下为气体，需要高压储存以增加工质携带量，这就导致其减压系统十分复杂，增加了推进系统的体积和质量。为了解决这些缺点，固体工质是一个可行的研究方向。在这一方向上，碘被认为是一种可能的替代氙的工质。碘与氙的相对原子质量相近，一些研究证明，相同工况下碘工质与氙工质推力器的性能相当，且碘的熔沸点相对较高，可以以固体形式储存，能够避免使用氙工质而产生的劣势。
由于推力系统在宇宙空间中经常处于低温环境，碘较高的熔沸点会造成碘蒸汽凝华。针对碘的储存和运输过程中对于碘气相的保持，已经技术解决了此问题。但当气态碘进入放电通道内时，会降温凝结在阳极供气通道和放电通道表面。凝结的碘首先会造成参与电离过程的碘的减少，使得实验数据中碘蒸汽流量误差增大，其次电推力器会专门设计阳极供气通道与放电通道的几何形状，以增加推力器效率，碘在这两者上的凝结会造成几何形状的改变，从而使得几何形状不再处于理想状态，最后冷凝的碘可能会与阳极发生反应，缩短阳极寿命。
电推力器阳极供气通道与放电通道上冷凝的碘目前尚未有清除的方法。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种用于碘工质电推力器冷凝产物清除的热辐射阳极结构，清除了电推力器阳极供气通道与放电通道上碘工质的冷凝产物，且不影响电推力器的工作性能。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种用于碘工质电推力器冷凝产物清除的热辐射阳极结构，包括设置于电推力器阳极尾部的电磁铁、导体、设置在电推力器阳极外周的热辐射板、套设在电推力器阳极上的滑套、触点和套设在滑套上的铁磁性环；
在电磁铁前方的电推力器阳极上设有绝缘夹层，所述的导体套设在绝缘夹层上，所述的热辐射板的首部与电推力器阳极的首部铰接，热辐射板的尾部通过连杆与触点铰接，所述的触点固定在滑套的后端面上，在绝缘夹层与滑套之间的电推力器阳极上设有弹簧，通电时，电磁铁产生磁性吸引铁磁性环沿电推力器阳极的轴线移动，触点与导体连通，并通过连杆带动所述热辐射板绕与电推力器阳极的首部的连接处旋转，扩大热辐射面积。
进一步的，所述热辐射板至少设置两组，且均匀设置在电推力器阳极的外周，相应的触点也至少设置两个，且每个热辐射板的尾部与连杆的一端铰接，连杆的另一端与相应的触点铰接。
进一步的，所述电推力器阳极和电磁铁的一端与电源的正极连接；电源的负极与一开关的一端及电推力器阴极连接；电磁铁的另一端与导体并联，并联电路与开关的另一端串联。
进一步的，在滑套的后端设有向外延伸的挡沿，所有的触点均匀设置在挡沿上，所述铁磁性环设置在挡沿下方。
进一步的，所述电推力器阳极为不锈钢空心阳极。
进一步的，触点与电推力器阳极中轴线之间的距离和导体与电推力器阳极的中轴线的距离相等。
进一步的，所述弹簧的自然长度大于绝缘夹层至电推力器阳极首端的距离；弹簧的外径小于触点距电推力器阳极中轴线的最小距离；弹簧的内径大于电推力器阳极外表面距电推力器阳极中轴线的最大距离；弹簧的中轴线与电推力器阳极的中轴线重合。
进一步的，所述导体、热辐射板、触点及连杆的材质均为铜，且热辐射板的首部通过不锈钢铰链与电推力器阳极的首部连接，热辐射板的尾部通过不锈钢铰链与连杆的一端连接，连杆的另一端通过不锈钢铰链与触点连接。
进一步的，所述绝缘夹层为氮化硼陶瓷夹层。
进一步的，所述铁磁性环的材料为铁，所述滑套的材料是石英或云母，使铁磁性环与触点和电推力器阳极绝缘。
相对于现有技术，本发明所述的一种用于碘工质电推力器冷凝产物清除的热辐射阳极结构具有以下优势：
1、本发明的设计，清除了电推力器阳极供气通道与放电通道上碘工质的冷凝产物，在加热时热辐射板张开，增大了热辐射面积，使加热效率提高；且加热的功率调节可通过调节电源功率完成。
2、在加热电路断开时，热辐射板收回，避免放电通道内温度过高。
3、整合了放电电路与加热电路，减少了电源数量。
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用于碘工质电推力器冷凝产物清除的热辐射阳极结构在非加热状态的示意图；
图2为本发明实施例所述的热辐射阳极结构安装在电推力器中时处于加热状态的剖面示意图；
图3为电路连接示意图。
附图标记说明：
1-电磁铁，2-导体，3-连杆，4-热辐射板，5-触点，6-铁磁性环，7-滑套，8-弹簧，9-绝缘夹层，10-电推力器阳极，11-开关，12-电源，13-电推力器阴极，14-放电通道壁，15-磁源，16-电推力器外壳。
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，一种用于碘工质电推力器冷凝产物清除的热辐射阳极结构，包括设置于电推力器阳极10尾部的电磁铁1、导体2、设置在电推力器阳极10外周的热辐射板4、套设在电推力器阳极10上的滑套7、触点5和套设在滑套上的铁磁性环6；
在电磁铁1前方的电推力器阳极10上设有绝缘夹层9，所述的导体2套设在绝缘夹层9上，其中，绝缘夹层9紧密贴合在电推力器阳极10上，位置相对固定，导体2紧密贴合在绝缘夹层9上，位置相对固定，所述的热辐射板4的首部与电推力器阳极10的首部铰接，热辐射板4的尾部通过连杆3与触点5铰接，所述的触点5固定在滑套7的后端面上，在绝缘夹层9与滑套7之间的电推力器阳极10上设有弹簧8，通电时，电磁铁1产生磁性吸引铁磁性环6沿电推力器阳极10的轴线移动，触点5与导体2连通，并通过连杆3带动所述热辐射板4绕与电推力器阳极10的首部的连接处旋转，扩大热辐射面积。
热辐射板4至少设置两组，且均匀设置在电推力器阳极10的外周，相应的触点5也至少设置两个，且每个热辐射板4的尾部与连杆3的一端铰接，连杆3的另一端与相应的触点铰接。图1中是均匀设置四组热辐射板。
电推力器阳极10和电磁铁1上导线的一端与电源12的正极连接；电源12的负极与一开关11的一端及电推力器阴极13连接；电磁铁1上导线的另一端与导体2并联，并联电路与开关11的另一端串联。
在滑套7的后端设有向外延伸的挡沿，所有的触点5均匀设置在挡沿上，所述铁磁性环6设置在挡沿下方。
本申请中涉及的电推力器包括电推力器阳极10、电推力器阴极13、放电通道壁14、磁源15和电推力器外壳16，其中，电推力器阳极10为不锈钢空心阳极，本申请中涉及的电推力器为现有结构，在此不再赘述。
触点5与电推力器阳极13中轴线之间的距离和导体2与电推力器阳极13的中轴线的距离相等，触点5正对导体2，保证滑套7滑到电推力器阳极13底部时触点5与导体2接触。
弹簧8的自然长度大于绝缘夹层9至电推力器阳极10首端的距离；弹簧8的外径小于触点5距电推力器阳极10中轴线的最小距离；弹簧8的内径大于电推力器阳极10外表面距电推力器阳极10中轴线的最大距离；弹簧8的中轴线与电推力器阳极10的中轴线重合。
导体2、热辐射板4、触点5及连杆3的材质均为铜，且热辐射板4的首部通过不锈钢铰链与电推力器阳极10的首部连接，热辐射板4的尾部通过不锈钢铰链与连杆3的一端连接，连杆3的另一端通过不锈钢铰链与触点5连接。
绝缘夹层9为氮化硼陶瓷夹层。铁磁性环6的材料为铁，所述滑套7的材料是石英或云母，使铁磁性环6与触点5和电推力器阳极10绝缘。
本发明的工作原理为：
电源12的负极接电磁铁1，导体2，电推力器阴极13，电源12的正极接电磁铁1，这条电路存在开关11控制电路开闭，同时电源正极接电推力器阳极10。当开关11开路时，电磁铁1无磁性，滑套7受弹簧8的作用位于电推力器阳极10首部，导体2，触点5，连杆3，热辐射板4，电推力器阳极10构成的加热电路断开，通过调整电源12的电压，电推力器阳极10与电推力器阴极13可以发生放电，完成电推力器点火，这一过程中由于热辐射板4未打开，阳极热辐射功率与传统设计相比无太大变化，避免电推力器工作时温度过高。
当开关11闭合时，电磁铁1会产生磁性，铁磁性环6被吸引，弹簧8被压缩，由于铁磁性环6套设在滑套7的挡沿下方，铁环6向电推力器阳极10的尾端运动会带动滑套7和触点5向电推力器阳极10的尾端运动，当触点5运动至与导体2接触时，连杆3支撑起热辐射板4，使得热辐射板4绕与电推力器阳极10的连接点顺时针转动，增大热辐射面积；与此同时导体2，触点5，连杆3，热辐射板4和电推力器阳极10构成加热电路，由于该电路电阻小，电推力器阳极10与电推力器阴极13这一回路被短路，避免加热时发生电推力器点火，并且可通过调节电源12的功率来调节加热功率。
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 (9)
1.一种用于碘工质电推力器冷凝产物清除的热辐射阳极结构，其特征在于：包括设置于电推力器阳极(10)尾部的电磁铁(1)、导体(2)、设置在电推力器阳极(10)外周的热辐射板(4)、套设在电推力器阳极(10)上的滑套(7)、触点(5)和套设在滑套上的铁磁性环(6)；
在电磁铁(1)前方的电推力器阳极(10)上设有绝缘夹层(9)，所述的导体(2)套设在绝缘夹层(9)上，所述的热辐射板(4)的首部与电推力器阳极(10)的首部铰接，热辐射板(4)的尾部通过连杆(3)与触点(5)铰接，所述的触点(5)固定在滑套(7)的后端面上，在绝缘夹层(9)与滑套(7)之间的电推力器阳极(10)上设有弹簧(8)，通电时，电磁铁(1)产生磁性吸引铁磁性环(6)沿电推力器阳极(10)的轴线移动，触点(5)与导体(2)连通，并通过连杆(3)带动所述热辐射板(4)绕与电推力器阳极(10)的首部的连接处旋转，扩大热辐射面积；
所述电推力器阳极(10)和电磁铁(1)的一端与电源(12)的正极连接；电源(12)的负极与一开关(11)的一端及电推力器阴极(13)连接；电磁铁(1)的另一端与导体(2)并联，并联电路与开关(11)的另一端串联。
2.根据权利要求1所述的一种用于碘工质电推力器冷凝产物清除的热辐射阳极结构，其特征在于：所述热辐射板(4)至少设置两组，且均匀设置在电推力器阳极(10)的外周，相应的触点(5)也至少设置两个，且每个热辐射板(4)的尾部与连杆(3)的一端铰接，连杆(3)的另一端与相应的触点铰接。
3.根据权利要求2所述的一种用于碘工质电推力器冷凝产物清除的热辐射阳极结构，其特征在于：在滑套(7)的后端设有向外延伸的挡沿，所有的触点(5)均匀设置在挡沿上，所述铁磁性环(6)设置在挡沿下方。
4.根据权利要求1所述的一种用于碘工质电推力器冷凝产物清除的热辐射阳极结构，其特征在于：所述电推力器阳极(10)为不锈钢空心阳极。
5.根据权利要求2所述的一种用于碘工质电推力器冷凝产物清除的热辐射阳极结构，其特征在于：触点(5)与电推力器阳极(13)中轴线之间的距离和导体(2)与电推力器阳极(13)的中轴线的距离相等。
6.根据权利要求1所述的一种用于碘工质电推力器冷凝产物清除的热辐射阳极结构，其特征在于：所述弹簧(8)的自然长度大于绝缘夹层(9)至电推力器阳极(10)首端的距离；弹簧(8)的外径小于触点(5)距电推力器阳极(10)中轴线的最小距离；弹簧(8)的内径大于电推力器阳极(10)外表面距电推力器阳极(10)中轴线的最大距离；弹簧(8)的中轴线与电推力器阳极(10)的中轴线重合。
7.根据权利要求2所述的一种用于碘工质电推力器冷凝产物清除的热辐射阳极结构，其特征在于：所述导体(2)、热辐射板(4)、触点(5)及连杆(3)的材质均为铜，且热辐射板(4)的首部通过不锈钢铰链与电推力器阳极(10)的首部连接，热辐射板(4)的尾部通过不锈钢铰链与连杆(3)的一端连接，连杆(3)的另一端通过不锈钢铰链与触点(5)连接。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的一种用于碘工质电推力器冷凝产物清除的热辐射阳极结构，其特征在于：所述绝缘夹层(9)为氮化硼陶瓷夹层。
9.根据权利要求8所述的一种用于碘工质电推力器冷凝产物清除的热辐射阳极结构，其特征在于：所述铁磁性环(6)的材料为铁，所述滑套(7)的材料是石英或云母，使铁磁性环(6)与触点(5)和电推力器阳极(10)绝缘。
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Also Published As
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