CN111706482A - 一种与微波协同的离子风推力装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种与微波协同的离子风推力装置。该装置包括离子风推力器和能量注入装置；离子风推力器产生的电场将离子风推力器的放电空间内的介质气体电离产生电子，电子与放电空间内的中性气体分子结合形成第一带电粒子；能量注入装置用于将能量注入到离子风推力器的放电空间，增加第一带电粒子的能量，第一带电粒子与中性气体分子激发产生第二带电粒子；第一带电粒子和第二带电粒子带动放电空间内的中性气体分子运动形成离子风。本发明的与微波协同的离子风推力装置，通过能量注入装置提高带电粒子浓度，优化了离子风推力器的宏观推力效果。

Description

一种与微波协同的离子风推力装置

技术领域

本发明涉及临近空间电推进技术领域，特别是涉及一种与微波协同的离子风推力装置。

背景技术

离子风推力器具有结构简单、可靠性高、无需自携带推进剂等特点，在临近空间电推进领域具有广泛的应用价值。离子风推力器工作包含粒子的电离过程及加速过程。然而，传统离子风推力器受电晕放电原理的影响，放电空间中的带电粒子浓度有限，影响了推力器性能的提升。

发明内容

本发明的目的是提供一种与微波协同的离子风推力装置，通过提高放电空间带电粒子浓度提升离子风推力器的性能。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种离子风推力装置，包括：

离子风推力器和能量注入装置；

所述离子风推力器产生的电场将所述离子风推力器的放电空间内的介质气体电离产生电子，所述电子与所述放电空间内的中性气体分子结合形成第一带电粒子；所述能量注入装置用于将能量注入到所述离子风推力器的放电空间，增加所述第一带电粒子的能量，所述第一带电粒子与所述中性气体分子激发产生第二带电粒子；所述第一带电粒子和所述第二带电粒子带动所述放电空间内的中性气体分子运动形成离子风。

可选的，所述离子风推力器，具体包括：电离装置和电离电源；

所述电离装置的正极与所述电离电源连接，所述电离装置的负极接地；所述正极与所述负极之间的空间为所述放电空间；所述电离装置用于通电产生电场。

可选的，所述电离装置，具体包括：

电离电极和集电极；

所述电离电极和所述集电极间隔设置，所述电离电极与所述集电极之间的空间为所述放电空间；所述电离电极与所述电离电源连接；所述集电极接地。

可选的，所述能量注入装置为微波发生器。

可选的，所述离子风推力装置，还包括：

第一电流互感器和第二电流互感器；

所述第一电流互感器位于所述电离电极与所述电离电源之间；所述第二电流互感器位于所述集电极与地之间；所述第一电流互感器和所述第二电流互感器用于测量所述离子风推力器的电流。

可选的，所述离子风推力装置，还包括：

示波器；

所述示波器分别与所述第一电流互感器和所述第二电流互感器连接；所述示波器用于显示所述第一电流互感器和所述第二电流互感器测量的电流。

可选的，所述示波器，具体包括：

高压探头；

所述高压探头与所述电离电极接触，所述高压探头用于测量所述电离电极的电压；所述示波器用于显示所述高压探头测量的电压。

可选的，所述离子风推力装置，还包括：

风速仪；

所述风速仪设置在所述离子风推力器的离子风出口端，所述风速仪用于测量所述离子风的风速。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提出了一种微波协同的离子风推力装置，该装置包括离子风推力器和能量注入装置；离子风推力器产生的电场将离子风推力器的放电空间内的介质气体电离产生电子，电子与放电空间内的中性气体分子结合形成第一带电粒子；能量注入装置用于将能量注入到离子风推力器的放电空间，增加第一带电粒子的能量，第一带电粒子与中性气体分子激发产生第二带电粒子；第一带电粒子和第二带电粒子带动放电空间内的中性气体分子运动形成离子风。本发明通过能量注入装置提高带电粒子浓度，优化了离子风推力器的宏观推力效果。

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为传统的离子风推力装置结构示意图；

图2为本发明实施例中微波协同的离子风推力装置结构示意图；

其中，1为电离电源，2为电离电极，3为集电极，4为示波器，5为电流互感器，6为风速仪，7为高压探头，8为微波发生器。

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与微波协同的离子风推力装置，通过提高放电空间带电粒子浓度提升离子风推力器的性能。

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。

实施例

图1为传统的离子风推力装置结构示意图。如图1所示，传统的离子风推力器的整体结构包括放电装置和测量装置，放电装置包括电离电源1、电离电极2和集电极3；测量装置包括示波器4、电流互感器5和风速仪6。传统的离子风推力器在高压电源的作用下，电离电极2和集电极3之间的放电空间中电子受激发、碰撞产生带电粒子；带电粒子在外加电场的作用下朝向集电极3运动，并与中性气体分子碰撞产生离子风效应。然而，传统的离子风推力器受限于电晕放电原理，放电空间中电离过程带电粒子浓度存在极限，无法为后续加速过程提供足够的带电粒子，限制了推力器水平的提升。

基于此，本发明提供一种与微波协同的离子风推力装置，图2为本发明实施例中微波协同的离子风推力装置结构示意图。

如图2所示，本发明提供的微波协同的离子风推力装置包括：离子风推力器和能量注入装置。离子风推力器产生的电场将离子风推力器的放电空间内的介质气体电离产生电子，电子与放电空间内的中性气体分子结合形成第一带电粒子；能量注入装置用于将能量注入到离子风推力器的放电空间，增加第一带电粒子的能量，第一带电粒子与中性气体分子激发产生第二带电粒子；第一带电粒子和第二带电粒子带动放电空间内的中性气体分子运动形成离子风。能量注入装置为微波发生器8，微波辐照位置及辐照方向可控；微波电源参数可调节，微波电源参数包括微波电压幅值、频率等相关参数；由于微波辐照的大尺度特性，微波发生器能够适应于多针大面积的离子风推力器结构中。其中，带电粒子包括电子和带电离子。

离子风推力器具体包括：电离装置和电离电源1。电离装置的正极与电离电源1连接，电离装置的负极接地；正极与负极之间的空间为放电空间；电离装置用于通电产生电场。电离装置具体包括：电离电极2和集电极3。电离电极2与集电极3间隔设置，电离电极2与集电极3之间的空间为放电空间；电离电极2与电离电源1连接；集电极3接地。

离子风推力装置还包括：两个电流互感器5(分别为第一电流互感器5、第二电流互感器5)、示波器4和风速仪6。第一电流互感器位于电离电极2与电离电源1之间；第二电流互感器位于集电极3与地之间；第一电流互感器和第二电流互感器用于测量离子风推力器的电流。示波器4分别与第一电流互感器和第二电流互感器连接；示波器的高压探头7与电离电极2接触，高压探头7用于测量电离电极2的电压；示波器4用于显示第一电流互感器和第二电流互感器测量的电流，以及高压探头7测量的电压。风速仪6设置在离子风推力器的离子风出口端，风速仪6用于测量离子风的风速。

本发明基于与微波协同的离子风推力器包括传统的离子风推力器结构及附加的微波激励。将电离装置的电离电极和集电极设置一定的间距，气体在电离装置的两个电极之间进行电离；放电装置的两个电极分别是电离针电极和接地集电极，电离针电极和接地集电极相互垂直设置，放电空间中的介质气体在外加电场的作用下发生电离，电离产生的电子与中性气体分子结合形成带电离子，离子在外加电场的作用下朝向集电极运动。在电离过程中，放电空间中的带电粒子同时受到微波电源的作用，增加了放电空间中带电粒子的能量，激发产生更多的带电粒子，为后端的加速过程提供了更多的带电粒子，改善了推力器性能，解决了传统的离子风推力器受限于电晕放电原理，放电空间中电离过程带电粒子浓度存在极限，无法为后续加速过程提供足够的带电粒子的问题。

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)

1.一种离子风推力装置，其特征在于，包括：

离子风推力器和能量注入装置；

所述离子风推力器产生的电场将所述离子风推力器的放电空间内的介质气体电离产生电子，所述电子与所述放电空间内的中性气体分子结合形成第一带电粒子；所述能量注入装置用于将能量注入到所述离子风推力器的放电空间，增加所述第一带电粒子的能量，所述第一带电粒子与所述中性气体分子激发产生第二带电粒子；所述第一带电粒子和所述第二带电粒子带动所述放电空间内的中性气体分子运动形成离子风。

2.根据权利要求1所述的离子风推力装置，其特征在于，所述离子风推力器，具体包括：电离装置和电离电源；

所述电离装置的正极与所述电离电源连接，所述电离装置的负极接地；所述正极与所述负极之间的空间为所述放电空间；所述电离装置用于通电产生电场。

3.根据权利要求2所述的离子风推力装置，其特征在于，所述电离装置，具体包括：

电离电极和集电极；

所述电离电极和所述集电极间隔设置，所述电离电极与所述集电极之间的空间为所述放电空间；所述电离电极与所述电离电源连接；所述集电极接地。

4.根据权利要求1所述的离子风推力装置，其特征在于，所述能量注入装置为微波发生器。

5.根据权利要求3所述的离子风推力装置，其特征在于，所述离子风推力装置，还包括：

第一电流互感器和第二电流互感器；

所述第一电流互感器位于所述电离电极与所述电离电源之间；所述第二电流互感器位于所述集电极与地之间；所述第一电流互感器和所述第二电流互感器用于测量所述离子风推力器的电流。

6.根据权利要求5所述的离子风推力装置，其特征在于，所述离子风推力装置，还包括：

示波器；

所述示波器分别与所述第一电流互感器和所述第二电流互感器连接；所述示波器用于显示所述第一电流互感器和所述第二电流互感器测量的电流。

7.根据权利要求6所述的离子风推力装置，其特征在于，所述示波器，具体包括：

高压探头；

所述高压探头与所述电离电极接触，所述高压探头用于测量所述电离电极的电压；所述示波器用于显示所述高压探头测量的电压。

8.根据权利要求1所述的离子风推力装置，其特征在于，所述离子风推力装置，还包括：

风速仪；

所述风速仪设置在所述离子风推力器的离子风出口端，所述风速仪用于测量所述离子风的风速。

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