CN112523984B - 一种用于微型会切场推力器的微波电离式阴极 - Google Patents

一种用于微型会切场推力器的微波电离式阴极 Download PDF

Info

Publication number
CN112523984B
CN112523984B CN201910887827.1A CN201910887827A CN112523984B CN 112523984 B CN112523984 B CN 112523984B CN 201910887827 A CN201910887827 A CN 201910887827A CN 112523984 B CN112523984 B CN 112523984B
Authority
CN
China
Prior art keywords
cathode
emitter
microwave
micro
shell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910887827.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112523984A (zh
Inventor
刘辉
乔磊
曾明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Institute of Technology
Original Assignee
Harbin Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Institute of Technology filed Critical Harbin Institute of Technology
Priority to CN201910887827.1A priority Critical patent/CN112523984B/zh
Publication of CN112523984A publication Critical patent/CN112523984A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112523984B publication Critical patent/CN112523984B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03H—PRODUCING A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03H1/00—Using plasma to produce a reactive propulsive thrust
    • F03H1/0087—Electro-dynamic thrusters, e.g. pulsed plasma thrusters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03H—PRODUCING A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03H1/00—Using plasma to produce a reactive propulsive thrust
    • F03H1/0006—Details applicable to different types of plasma thrusters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03H—PRODUCING A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03H1/00—Using plasma to produce a reactive propulsive thrust
    • F03H1/0006—Details applicable to different types of plasma thrusters
    • F03H1/0012—Means for supplying the propellant

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

一种用于微型会切场推力器的微波电离式阴极，属于会切场推力器技术领域。本发明解决了现有的空心阴极工质流量大，导致对会切场推力器推力影响较大的问题，以及现有空心阴极启动较慢的问题。所述SMA接口与所述阴极外壳固接，且SMA接口上的微波天线位于阴极外壳内，所述发射体呈圆筒状，且其内部形成气体电离腔，所述发射体同轴穿设在阴极外壳的内部且与阴极外壳导通，所述天线绝缘体套设在微波天线外部，供气管由外向内依次插设在阴极外壳及发射体上，且供气管的一端与气体电离腔连通设置。

Description

一种用于微型会切场推力器的微波电离式阴极
技术领域
本发明涉及一种用于微型会切场推力器的微波电离式阴极，属于会切场推力器技术领域。
背景技术
会切场推力器是国际涌现出的一类新型电推进概念，其通过多级永磁体形成的会切磁场来约束电子。其具有高效率、寿命长的优点。目前的微型会切场推力器可实现推力在微牛级的连续调节。具备应用于无拖曳卫星实现高精度轨控的可行性。空间引力波探测计划中也将会切场推力器作为其无拖曳控制的备选推进方案之一。
空间引力波探测中的无拖曳控制要求推力器具有微推力，高推力分辨率，快速响应等特点。但是传统的空心阴极因其工质流量相对较大，造成阴极产生的推力对微型会切场的微推力造成较大影响；而且传统的空心阴极启动较慢，不满足无拖曳控制快速响应的要求；为了实现微型会切场推力器在无拖曳控制中的应用，所以急需一种适用于微型会切场推力器的快启动、对推力器推力影响小的阴极。
发明内容
本发明是为了解决现有的空心阴极工质流量大，导致对会切场推力器推力影响较大的问题，以及现有空心阴极启动较慢的问题，进而提供了一种用于微型会切场推力器的微波电离式阴极。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种用于微型会切场推力器的微波电离式阴极，它包括SMA接口、阴极外壳、供气管、发射体及天线绝缘体，所述SMA接口与所述阴极外壳固接，且SMA接口上的微波天线位于阴极外壳内，所述发射体呈圆筒状，且其内部形成气体电离腔，所述发射体同轴穿设在阴极外壳的内部且与阴极外壳导通，所述天线绝缘体套设在微波天线外部，供气管由外向内依次插设在阴极外壳及发射体上，且供气管的一端与气体电离腔连通设置。
进一步地，微波天线与发射体同轴设置。
进一步地，所述阴极外壳包括壳体、连接环及限位环，所述壳体呈圆筒状，所述连接环同轴固设在壳体的一端，且壳体与SMA接口之间通过连接环固接，所述限位环同轴固设在壳体的另一端，所述发射体位于SMA接口与限位环之间。
进一步地，所述壳体与所述SMA接口之间通过螺栓固定连接。
进一步地，所述天线绝缘体为桶状结构。
进一步地，所述发射体采用六硼化镧材料。
进一步地，所述天线绝缘体采用氮化硼陶瓷材料。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
一、本申请通过微波天线与会切场推力器的外部磁场形成电子回旋共振效应，电离气体产生初始等离子体，解决了现有的有加热器空心阴极需要加热发射体产生初始等离子体，从而导致启动较慢、需要功率较高的问题，以及无热子空心阴极启动需要较高压力与电压导致系统较为复杂的问题；
二、本申请的工质流量仅需0.1sccm量级就可以产生等离子体，解决了传统空心阴极需要较大的流量产生等离子体进而影响推力器的推力的问题；
三、本申请结构简单，可靠性更高。
附图说明
图1为本发明的主视示意图(局部剖视)；
图2为图1的右视示意图；
图3为本申请的工作原理示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1～3说明本实施方式，一种用于微型会切场推力器的微波电离式阴极，它包括SMA接口1、阴极外壳2、供气管3、发射体4及天线绝缘体5，所述SMA接口1与所述阴极外壳2固接，且SMA接口1上的微波天线11位于阴极外壳2内，所述发射体4呈圆筒状，且其内部形成气体电离腔21，所述发射体4同轴穿设在阴极外壳2的内部且与阴极外壳2导通，所述天线绝缘体5套设在微波天线11外部，供气管3由外向内依次插设在阴极外壳2及发射体4上，且供气管3的一端与气体电离腔21连通设置。
所述SMA接口1为SMA微波输入接口，是一种标准件SMA接口，所述微波天线11即为SMA接口1一端的针型金属棒，其长度可根据实际需要定制；
中性气体工质通过供气管3进入气体电离腔21；所述中性气体工质为氙气或氪气。
所述微波天线11与气体电离腔21之间通过天线绝缘套相互绝缘。
SMA接口1、阴极外壳2、供气管3均采用非导磁材料或弱导磁材料，如303不锈钢以及1060铝合金等。
本申请通过微波天线11与会切场推力器的外部磁场形成电子回旋共振效应，电离气体产生初始等离子体，解决了现有的有加热器空心阴极需要加热发射体4产生初始等离子体，从而导致启动较慢、需要功率较高的问题，以及无热子空心阴极启动需要较高压力与电压导致系统较为复杂的问题；本申请的工质流量仅需0.1sccm量级就可以产生等离子体，解决了传统空心阴极需要较大的流量产生等离子体进而影响推力器的推力的问题；本申请结构简单，可靠性更高。
微波天线11与发射体4同轴设置。
所述阴极外壳2包括壳体22、连接环23及限位环24，所述壳体22呈圆筒状，所述连接环23同轴固设在壳体22的一端，且壳体22与SMA接口1之间通过连接环23固接，所述限位环24同轴固设在壳体22的另一端，所述发射体4位于SMA接口1与限位环24之间。如此设计，通过设置限位环24实现对发射体4的限位，通过连接环23实现阴极外壳2与SMA接口1端面之间的连接。
所述壳体22与所述SMA接口1之间通过螺栓固定连接。如此设计，便于SMA接口1与阴极外壳2之间的拆装。
所述天线绝缘体5为桶状结构。如此设计，通过桶状结构的天线绝缘体5，实现微波天线11与气体电离腔21之间的绝缘。
所述发射体4采用六硼化镧材料。
所述天线绝缘体5采用氮化硼陶瓷材料。
工作原理：
本申请中的微波电离式阴极工作时，中性气体通过供气管3进入到发射体4所合围成的气体电离腔21中，微波源通过SMA接口1将微波馈入到微波天线11中，在气体电离腔21中微波与会切场推力器的外部磁场共同作用，形成电子回旋共振，从而电离中性气体，直流电源的负极与阴极外壳2、发射体4相连，与推力器阳极形成回路，在通过电子回旋共振效应产生初始的等离子体后，正离子轰击发射体4产生二次电子，同时发射体4表面温度升高，产生热电子，大量电子进一步促进气体电离，对发射体4轰击加热作用更强，达到稳定后实现自持放电。

Claims (7)

1.一种用于微型会切场推力器的微波电离式阴极，其特征在于：它包括SMA接口(1)、阴极外壳(2)、供气管(3)、发射体(4)及天线绝缘体(5)，所述SMA接口(1)与所述阴极外壳(2)固接，且SMA接口(1)上的微波天线(11)位于阴极外壳(2)内，所述发射体(4)呈圆筒状，且其内部形成气体电离腔(21)，所述发射体(4)同轴穿设在阴极外壳(2)的内部且与阴极外壳(2)导通，所述天线绝缘体(5)套设在微波天线(11)外部，供气管(3)由外向内依次插设在阴极外壳(2)及发射体(4)上，且供气管(3)的一端与气体电离腔(21)连通设置。
2.根据权利要求1所述的一种用于微型会切场推力器的微波电离式阴极，其特征在于：微波天线(11)与发射体(4)同轴设置。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于微型会切场推力器的微波电离式阴极，其特征在于：所述阴极外壳(2)包括壳体(22)、连接环(23)及限位环(24)，所述壳体(22)呈圆筒状，所述连接环(23)同轴固设在壳体(22)的一端，且壳体(22)与SMA接口(1)之间通过连接环(23)固接，所述限位环(24)同轴固设在壳体(22)的另一端，所述发射体(4)位于SMA接口(1)与限位环(24)之间。
4.根据权利要求3所述的一种用于微型会切场推力器的微波电离式阴极，其特征在于：所述壳体(22)与所述SMA接口(1)之间通过螺栓固定连接。
5.根据权利要求1、2或4所述的一种用于微型会切场推力器的微波电离式阴极，其特征在于：所述天线绝缘体(5)为桶状结构。
6.根据权利要求5所述的一种用于微型会切场推力器的微波电离式阴极，其特征在于：所述发射体(4)采用六硼化镧材料。
7.根据权利要求1、2、4或6所述的一种用于微型会切场推力器的微波电离式阴极，其特征在于：所述天线绝缘体(5)采用氮化硼陶瓷材料。
CN201910887827.1A 2019-09-19 2019-09-19 一种用于微型会切场推力器的微波电离式阴极 Active CN112523984B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910887827.1A CN112523984B (zh) 2019-09-19 2019-09-19 一种用于微型会切场推力器的微波电离式阴极

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910887827.1A CN112523984B (zh) 2019-09-19 2019-09-19 一种用于微型会切场推力器的微波电离式阴极

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112523984A CN112523984A (zh) 2021-03-19
CN112523984B true CN112523984B (zh) 2022-04-05

Family

ID=74974211

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910887827.1A Active CN112523984B (zh) 2019-09-19 2019-09-19 一种用于微型会切场推力器的微波电离式阴极

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112523984B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114294191A (zh) * 2021-12-06 2022-04-08 兰州空间技术物理研究所 一种大直径进气管路高效ecr电推力器
CN114738217B (zh) * 2022-04-13 2024-05-24 哈尔滨工业大学 一种基于微波放电和空心阴极效应的阴极

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2516011C1 (ru) * 2012-11-08 2014-05-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" Эрозионный импульсный плазменный ускоритель
CN104114862A (zh) * 2011-12-29 2014-10-22 奥尼拉(国家宇航研究所) 等离子推进器和用于产生等离子推进推力的方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017204590B3 (de) * 2017-03-20 2018-08-02 Airbus Defence and Space GmbH Cusp-Feld-Triebwerk

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104114862A (zh) * 2011-12-29 2014-10-22 奥尼拉(国家宇航研究所) 等离子推进器和用于产生等离子推进推力的方法
RU2516011C1 (ru) * 2012-11-08 2014-05-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" Эрозионный импульсный плазменный ускоритель

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于会切场推力器的无拖曳控制系统建模;崔凯等;《推进技术》;20181130;第39卷(第11期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112523984A (zh) 2021-03-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107045971B (zh) 一种同位素电磁分离器用离子源
CN106351811B (zh) 一种低功率、磁场可调的圆柱型电磁等离子体推进器
US6448721B2 (en) Cylindrical geometry hall thruster
CN112523984B (zh) 一种用于微型会切场推力器的微波电离式阴极
CN105788998B (zh) 一种小尺寸、小功率钡钨空心阴极
JP7271489B2 (ja) 高エネルギー効率、高出力のプラズマトーチ
CN104675650A (zh) 一种用于会切磁场等离子体推力器的空心阳极
CN108005868A (zh) 一种阳极-冷气推力器结合供气会切磁场等离子体推力器
CN106593799A (zh) 一种同轴型微弧阴极放电等离子体推进装置
CN112343780B (zh) 微波同轴谐振会切场推力器
CN106385756B (zh) 一种电弧加热式螺旋波等离子体电推进装置
CN109667739A (zh) 一种射频辅助放电型高效冷启动空心阴极
CN111173698B (zh) 一种基于微波增强的液体工质等离子体推力器
CN110043436B (zh) 一种扩张型自磁场磁等离子体推力器
CN109681399A (zh) 一种小直径高效微波ecr中和器
CN210637195U (zh) 一种射频等离子体推进器
CN106356276B (zh) 一种同位素电磁分离器用离子源的气化放电装置
US3308621A (en) Oscillating-electron ion engine
CN115681054B (zh) 自维持霍尔推力器
Nürmberger et al. Design and experimental investigation of a low-power Hall effect thruster and a low-current hollow cathode
CN115163440A (zh) 一种用于固体工质的霍尔推力器阳极结构
CN114738217B (zh) 一种基于微波放电和空心阴极效应的阴极
CN114753981A (zh) 一种基于环形轰击阴极的微推进器
CN210068399U (zh) 一种感生轴向磁场的磁等离子体推力器
RU2663241C1 (ru) Полый катод

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant