CN112124635B - 一种磁性离子液体推力器 - Google Patents
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Abstract
本公开揭示了一种磁性离子液体推力器，包括：存储单元、磁感应单元、供电单元和发射单元，所述发射单元包括多个数目相同的发射极基座、抽取电极、加速电极以及位于推力器外侧的磁喷嘴；其中，所述存储单元用于存储磁性离子液体；所述磁感应单元产生磁感应力使得由存储单元进入发射极基座的磁性离子液体表面形成尖峰；所述供电单元用于向所述发射极基座、抽取电极和加速电极提供电脉冲；所述抽取电极在电脉冲作用下使得所述磁性离子液体表面形成的尖峰向所述加速电极方向喷射离子和带电液滴；所述加速电极在电脉冲作用下用于加速所述离子和带电液滴向磁喷嘴方向运动；所述磁喷嘴用于将所述离子和带电液滴喷射至推力器外产生推力。
Description
技术领域
本公开涉及一种推力器，具体涉及一种磁性离子液体推力器。
背景技术
微纳卫星是未来卫星发展的一个重要方向，微纳卫星具有成本低、研制周期短、扩展能力强、发射方式灵活等优点，还能以多星组网或编队方式飞行，执行更加复杂的空间任务。但是随着微纳卫星所执行任务复杂度的提高以及在轨设计寿命增长，必将需要相应的推进模块完成其姿态控制及轨道保持任务。
现有电喷雾推进器的发射极通常采用常规机械手段加工制造。然而，传统机械加工方法的加工精度受限，一般仅能达到亚微米量级。加工制造的二维针尖阵列或毛细管阵列的密度受到限制，这将影响到推力器最终产生的推力密度，使得制造的设备体积重量较大，不易进行阵列扩展，且集成度较低不易进行模块化设计。并且所有这些结构的问题在于：无论是在制造、装配和运输过程中，还是在运行过程中，发射极都可能造成永久损坏。
发明内容
针对现有技术中的不足，本公开的目的在于提供一种磁性离子液体推力器，具有体积小、寿命长、推力精度高、输出元冲量拓展能力强的特点。
为实现上述目的，本公开提供以下技术方案：
存储单元、磁感应单元、供电单元和发射单元，所述发射单元包括多个数目相同的发射极基座、抽取电极、加速电极以及位于推力器外侧的磁喷嘴；其中，
所述存储单元用于存储磁性离子液体；
所述磁感应单元产生磁感应力使得由存储单元进入发射极基座的磁性离子液体表面形成尖峰；
所述供电单元用于向所述发射极基座、抽取电极和加速电极提供电脉冲；
所述抽取电极在电脉冲作用下使得所述磁性离子液体表面形成的尖峰向所述加速电极方向喷射离子和带电液滴；
所述加速电极在电脉冲作用下用于加速所述离子和带电液滴向磁喷嘴方向运动；
所述磁喷嘴用于将所述离子和带电液滴喷射至推力器外产生推力。
优选的，所述发射极基座设有凹槽，所述凹槽中设有通孔，所述通孔与所述存储单元相通。
优选的，所述磁感应单元包括永磁体或电磁铁。
优选的，所述供电单元包括双极性电源，所述双极性电源通过电极端子分别与所述发射极基座、抽取电极和加速电极相连。
优选的，所述磁性离子液体包括掺杂有纳米铁磁性颗粒的室温离子液体。
优选的，所述推力器还包括调节单元，用于调节所述磁感应单元与所述发射单元之间的距离。
优选的，所述调节单元包括位于所述磁感应单元和推力器底端的连接器，通过调整所述连接器的长度调节磁感应单元与发射单元之间的距离。
优选的，所述发射极基座的制备材料为具有一定强度并且无法被磁化的顺磁性金属，包括如下任一：金属铝和金属镁。
优选的，所述磁喷嘴为环形。
与现有技术相比，本公开带来的有益效果为：
1、通过调节磁感应单元与发射极基座的距离，可以灵活拓展单次元冲量输出范围，从而满足微纳卫星长期在轨运行时不同任务对元冲量的需求。
2、由磁性离子液体形成的发射尖端不受传统电喷雾推力器发射极机械加工精度的影响，能有效提升推力密度，并且具有自恢复性，不会出现发射极的永久损坏。
附图说明
图1是本公开一个实施例提供一种磁性离子液体推力器的结构示意图；
图2是本公开另一个实施例提供的一种磁性离子液体推力器的结构示意图；
图3是本公开另一个实施例提供的磁性离子液体发射示意图；
图4是本公开另一个实施例提供的凹槽处通孔的示意图；
附图中标记说明如下：
1、加速电极；2、抽取电极；3、磁性离子液体；4、双极性电源；5、永磁体；6、连接器；7、磁感应基座；8、推力器外壳；9、储液池；10、发射极基座；11、磁喷嘴。
具体实施方式
下面将参照附图1至图4详细地描述本公开的具体实施例。虽然附图中显示了本公开的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本公开的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
为便于对本公开实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本公开实施例的限定。
一个实施例中，如图1、图2所示，本公开提供一种磁性离子液体推力器，包括：存储单元、磁感应单元、供电单元和发射单元，所述发射单元包括多个数目相同的发射极基座10、抽取电极2、加速电极1以及位于推力器外侧的磁喷嘴11；其中，
所述存储单元用于存储磁性离子液体；
所述磁感应单元产生磁感应力使得由存储单元进入发射极基座的磁性离子液体表面形成尖峰；
所述供电单元用于向所述发射极基座、所述抽取电极和所述加速电极提供电脉冲；
所述抽取电极2在电脉冲作用下使得所述磁性离子液体表面形成的尖峰向所述加速电极1方向喷射离子和带电液滴；
所述加速电极1在电脉冲作用下用于加速所述离子和带电液滴向磁喷嘴11方向运动；
所述磁喷嘴11用于将所述离子和带电液滴喷射至推力器外产生推力。
下面结合图3对本实施例的工作原理进行详细说明。如图3所示，由存储单元进入发射极基座的磁性离子液体表面在磁感应单元产生的磁感应力的作用下形成微小尖峰，使得磁力线在尖峰处局部聚束，磁力线的聚束导致尖峰的高度进一步增加，直到磁感应力与液体表面张力平衡，形成稳定的尖峰。抽取电极和发射极基座之间在供电单元所施加电脉冲的影响下形成第一电场，此时，磁性离子液体表面所形成的尖峰在第一电场的作用下开始向抽取电极方向喷射离子和带电液滴，此时，尖峰的幅度增大，半径减小。当离子和带电液滴进入加速电极的作用范围之后，由于抽取电极和加速电极在供电单元所施加电脉冲的作用下形成第二电场，因此，进入加速电极作用范围的离子和带电液滴在第二电场的作用下加速向磁喷嘴方向运动，当离子和带电液滴进入磁喷嘴后，磁喷嘴对离子和带电液滴进行约束和进一步加速，最终能够保证离子和带电液滴以较高的速度向外喷射，从而产生推力。
通过上述对本方案工作原理的描述，可以发现本技术方案与现有技术有明显不同：本方案通过将磁性离子液体形成发射尖端替代传统的通过机械制造的发射尖端，突破了机械加工精度的限制，并且由于磁性离子液体的表面在磁场作用下能够在发射极基座上形成尖峰，因此能够提升单位面积内发射尖端的数量，从而能够有效提升推力密度。另外，当液体表面的尖峰由于特殊原因被破坏时，由于磁感应力的作用，发射极基座中的磁性离子液体会重新形成新的尖峰，因此具有自我恢复性。并且，由于采用了磁性离子液体所形成的尖峰作为发射极，因此不需要采用通过机械加工方法制造的金属发射极，所以不会出现发射极损坏的情况。
另一个实施例中，如图2、图4所示，所述发射极基座10设有凹槽，所述凹槽中设有通孔，所述通孔与所述存储单元相通。
本实施例中，发射极基座10、抽取电极2和加速电极1从下到上依次排列，优选采用螺纹连接的方式进行连接。发射极基座10设有凹槽，凹槽通过通孔与储液池9相通，储液池9中的磁性离子液体在通孔的毛细作用下进入发射极基座的凹槽表面，此时，在磁感应单元的作用下，位于凹槽表面的磁性离子液体表面形成尖峰。
另一个实施例中，所述磁感应单元包括永磁体5或电磁铁。
本实施例中，永磁体5被放置于磁感应基座7上，位于发射极基座10凹槽上的磁性离子液体由于受到永磁体5所产生的磁感应力的作用形成尖峰。
需要说明的是，除了永磁体外，也可以通过电磁铁对磁性离子液体进行磁感应。
另一个实施例中，所述供电单元包括双极性电源4，所述双极性电源4通过电极端子分别与所述发射极基座10、抽取电极2和加速电极1相连。
另一个实施例中，所述磁性离子液体包括掺杂有纳米铁磁性颗粒的室温离子液体。
本实施例中，一般采用在室温范围内的以稳定液态形式存在的、具有低蒸汽压、高导电性和低粘度的熔盐作为离子液体，具体包括1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑四氢氰酸酯、1-乙基-3-甲基咪唑双酰亚胺和1-乙基-3-甲基咪唑四硼酸盐和硝酸乙基胺等，在本实施例的具体应用中，优选采用硝酸乙基胺。
另一个实施例中，所述推力器还包括调节单元，用于调节所述磁感应单元与所述发射单元之间的距离。
本实施例中，所述调节单元包括位于所述磁感应单元和推力器外壳8底端的连接器6，通过调整不同长度的连接器6可以调节磁感应单元与发射单元之间的距离，一般的，连接器可以采用有固定长度的支撑杆或弹簧，在具体的实施过程中，可以通过更换不同长度的支撑杆或者通过控制弹簧形变调整磁感应单元和发射单元之间的距离，通过调整二者之间的距离能够改变发射单元所在空间的磁感应强度，以改变磁性离子液体的起始喷射电压，从而拓展元冲量的输出范围。
另一个实施例中，所述发射极基座的制备材料为具有一定强度并且无法被磁化的顺磁性金属，包括如下任一：金属铝和金属镁。
另一个实施例中，所述磁喷嘴为环形。
本实施例中，通过将磁喷嘴设计为环形，能够减小磁性离子液体的发散，提高喷射效率。
以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。
Claims (6)
1.一种磁性离子液体推力器，包括：存储单元、磁感应单元、供电单元和发射单元，所述发射单元包括多个数目相同的发射极基座、抽取电极、加速电极以及位于推力器外侧的磁喷嘴；其中，
所述存储单元位于发射单元的下方，用于存储磁性离子液体；
所述磁感应单元包括永磁体，永磁体位于存储单元的下方，产生磁感应力使得由存储单元进入发射极基座的磁性离子液体表面形成尖峰，所形成的尖峰作为发射极；
所述供电单元用于向所述发射极基座、抽取电极和加速电极提供电脉冲；
所述抽取电极在电脉冲作用下使得所述磁性离子液体表面形成的尖峰向所述加速电极方向喷射离子和带电液滴；
所述加速电极在电脉冲作用下用于加速所述离子和带电液滴向磁喷嘴方向运动；
所述磁喷嘴在磁感应单元作用下产生磁矩，用于将所述离子和带电液滴通过磁矩作用喷射至推力器外产生推力；
所述推力器还包括调节单元，所述调节单元位于磁感应单元的下方，包括连接器，所述连接器采用支撑杆或弹簧。
2.根据权利要求1所述的推力器，其中，所述发射极基座设有凹槽，所述凹槽中设有通孔，所述通孔与所述存储单元相通。
3.根据权利要求1所述的推力器，其中，所述供电单元包括双极性电源，所述双极性电源通过电极端子分别与所述发射极基座、抽取电极和加速电极相连。
4.根据权利要求1所述的推力器，其中，所述磁性离子液体包括掺杂有纳米铁磁性颗粒的室温离子液体。
5.根据权利要求1所述的推力器，其中，所述发射极基座的制备材料为具有一定强度并且无法被磁化的顺磁性金属，包括金属铝或金属镁。
6.根据权利要求1所述的推力器，其中，所述磁喷嘴为环形。
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| GR01 | Patent grant | ||
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