CN111720282A - 一种基于针-环-网结构的离子风推力装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于针‑环‑网结构的离子风推力装置。该装置包括离子风推力器和电场均化装置；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带电粒子；电场均化装置设置在放电空间中，电场均化装置用于均化电场，使带电粒子均匀加速运动，形成离子风。本发明的基于针‑环‑网结构的离子风推力装置，通过电场均化装置均化电场的作用，改善了带电粒子的加速过程，提高了带电粒子加速的均匀性，优化了离子风推力器的宏观推力效果。

Description

一种基于针-环-网结构的离子风推力装置
技术领域
本发明涉及临近空间电推进技术领域，特别是涉及一种基于针-环-网结构的离子风推力装置。
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针-网结构影响，粒子的加速过程受不均匀电场的作用导致了离子风推力器推力宏观分布不均匀。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于针-环-网结构的离子风推力装置，利用环形电极均化电场，能够提高带电粒子加速的均匀性，优化了离子风推力器的宏观推力效果。
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：
离子风推力器和电场均化装置；
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带电粒子；所述电场均化装置设置在所述放电空间中，所述电场均化装置用于均化所述电场，使所述带电粒子均匀加速运动，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所述电场。
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，所述电场均化装置为环电极；所述环电极所在平面与所述电离电极垂直，所述环电极所在平面与所述集电极所在平面平行。
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：
本发明提出了一种基于针-环-网结构的离子风推力装置，该装置包括离子风推力器和电场均化装置；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带电粒子；电场均化装置设置在放电空间中，电场均化装置用于均化电场，使带电粒子均匀加速运动，形成离子风。本发明通过电场均化装置均化电场的作用，改善了带电粒子的加速过程，提高了带电粒子加速的均匀性，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为本发明实施例中基于针-环-网结构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为环电极。
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基于针-环-网结构的离子风推力装置，利用环形电极均化电场，能够提高带电粒子加速的均匀性，优化了离子风推力器的宏观推力效果。
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，放电空间中电子受激发、碰撞产生大量带电粒子；带电粒子在外加电场的作用下朝向集电极运动，并与中性气体分子碰撞产生离子风效应。传统离子风的产生原理就是需要一个尖端的畸变电场，电离气体，进而形成流动效应的风，如果采用针-针结构容易形成电弧放电，如果采用网-网结构，则没办法提供电离的畸变电场，因此针-网电场结构是普遍采用的一种方式。然而，传统的离子风推力器带电粒子的加速过程受到不均匀针-网电场(即电离针电极和网状接地集电极)的作用，产生了非均匀的离子风推力空间分布状态，宏观推力分布不均匀，导致了离子风推力器性能的下降。
图2为本发明实施例中基于针-环-网结构的离子风推力装置结构示意图。
如图2所示，本发明提供的基于针-环-网结构的离子风推力装置包括：离子风推力器和电场均化装置；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带电粒子；电场均化装置设置在放电空间中，电场均化装置用于均化电场，使带电粒子均匀加速运动，形成离子风。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。
电场均化装置为环电极8，环电极8设置在电离电极2和集电极3之间，环电极8所在平面与电离电极垂直，环电极8所在平面与集电极3所在平面平行。环电极8尺寸可调，空间位置可移动；环电极8可采用空间悬浮形式，也可以根据需求施加外界激励，改善离子风推力器特性。
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、第二电流互感器)、示波器4和风速仪6。第一电流互感器5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。
本发明基于针-环-网结构的离子风推力器包括传统的离子风推力器结构及附加的环电极结构。将电离装置的电离电极和集电极之间设置一定的间距，使得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，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。在运动过程中，外加电场由于环形电极的影响，电场的空间分布特性发生变化，加速电场结构更加均匀，带电粒子在外加电场作用下的加速过程发生变化，离子风推力的空间均匀性有所改善；同时，通过调控空间环电极的位置，能够调控加速电场强度及分布状态，进一步优化推力器特性。
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：
离子风推力器和电场均化装置；
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带电粒子；所述电场均化装置设置在所述放电空间中，所述电场均化装置用于均化所述电场，使所述带电粒子均匀加速运动，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所述电场。
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3所述的离子风推力装置，其特征在于，所述电场均化装置为环电极；所述环电极所在平面与所述电离电极垂直，所述环电极所在平面与所述集电极所在平面平行。
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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