CN112525088A - 一种离子推力器栅极绝缘引针安装方法 - Google Patents

一种离子推力器栅极绝缘引针安装方法 Download PDF

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李贺
刘超
史楷
李兴坤
郭伟龙
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Abstract

本发明公开了一种离子推力器栅极绝缘引针安装方法，在所述栅极组件沿径向方向上安装5组引针，每组引针包括3个引针，分别固定安装于屏栅孔径、加速栅孔径及减速栅孔径内；其中，安装于屏栅孔径的引针贯穿加速栅孔径和减速栅孔径，并突出减速栅所在平面，安装于加速栅孔径的引针贯穿减速栅孔径，并突出减速栅所在平面，安装于减速栅孔径的引针突出减速栅所在平面；所述引针为圆柱结构，对安装引针的栅极孔进行倒角，将垫圈套接在引针上，并通过外力将垫圈压紧于加工有倒角的栅极孔内实现引针的固定；本发明能够解决离子推力器同时多点在线测量栅极间距时引针的安装问题。

Description

一种离子推力器栅极绝缘引针安装方法
技术领域
本发明属于航天空间电推进的技术领域，具体涉及一种离子推力器栅极绝缘引针安装方法。
背景技术
对于高性能、高可靠、长寿命应用的离子推力器产品，栅极组件是影响离子推力器工作性能、可靠性和寿命的关键组件，属于精密离子光学组件，其主要功能是在高电压条件下对推力器内部产生的等离子体进行聚焦、加速和引出，最终形成离子束流进而产生推力。因此栅极组件的关键尺寸的设计和测量是推力器研制的核心内容，其中栅间距的大小直接影响等离子体束流的大小和稳定性，进而影响到离子推力器的推力、比冲等关键性能参数。因此，测量栅极组件栅间距的大小对于评价推力器性能的一致性和稳定性十分关键。在离子光学系统装配时会严格控制栅间距的数值(冷态栅间距)，因为该值会直接影响离子光学系统的性能参数，例如导流系数(即束流引出能力)、加速电压和使用寿命等。
实际工作中，受到高温、磁场、电场、等离子轰击等多物理场的环境影响，实际的栅极会在不同的位置上产生形变，这会导致整个栅极的间距保持不均匀，栅极间距变小的地方会导致打火增加，栅极间距变大的地方会导致束流引出不对准，造成等离子体轰击栅极表面，大幅减降低栅极寿命，因此选择并在工作过程中保持稳定的栅极间距成为了离子推力器保证可靠性和寿命的最为重要的工艺参数之一。
现通过阴影法在线测量引针变化量确定热态栅间距变化情况，引针的安装方式直接影响试验能否正常进行，因此，需要获取一种有效的引针安装方法。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种离子推力器栅极绝缘引针安装方法，能够解决离子推力器同时多点在线测量栅极间距时引针的安装问题。
实现本发明的技术方案如下：
一种离子推力器栅极绝缘引针安装方法，所述离子推力器包括离子光学系统，所述离子光学系统由三个栅极组成，栅极间距变化量即是通过测量安装在栅极组件上的引针突出栅极的长度变化量获得，所述引针的安装方法为：
在所述栅极组件沿径向方向上安装5组引针，每组引针包括3个引针，分别固定安装于屏栅孔径、加速栅孔径及减速栅孔径内；其中，安装于屏栅孔径的引针贯穿加速栅孔径和减速栅孔径，并突出减速栅所在平面，安装于加速栅孔径的引针贯穿减速栅孔径，并突出减速栅所在平面，安装于减速栅孔径的引针突出减速栅所在平面；
所述引针为圆柱结构，对安装引针的栅极孔进行倒角，将垫圈套接在引针上，并通过外力将垫圈压紧于加工有倒角的栅极孔内实现引针的固定。
进一步地，所述引针为氧化铝(Al2O3)绝缘材料。
进一步地，所述垫圈为耐溅射石墨材料。
进一步地，栅极的厚度为0.4～0.5mm，屏栅和加速栅极间距为0.9±0.05mm，加速栅和减速栅极间距为0.8±0.05mm。
进一步地，所述垫圈高度为栅极厚度的1.5倍。
有益效果：
离子光学系统作为离子推力器核心部组件，其寿命直接决定着离子推力器寿命，对热态栅间距的测量对推力器性能及可靠性研究尤为重要。本发明通过阴影法，利用引针突出栅极部分的变化量在线同时测量多点栅间距，引针的安装尤为重要，直接决定着试验能够顺利进行。本发明通过机械的方式，借助垫圈将引针压紧于栅极孔径中，利用此方法，不仅能够保障引针安装稳定，而且不污染栅极组件。
附图说明
图1为本发明5组引针的安装位置示意图。
图2为本发明栅极组件剖面示意图。
图3为引针安装方法示意图，(a)为垫圈未压紧于栅极孔中示意图，(b)
为垫圈压紧于栅极孔中示意图。
其中，1-引针组安装位置，2-栅极组件，3-屏栅，4-加速栅，5-减速栅，6-屏栅孔径，7-减速栅孔径，8-加速栅孔径，9-引针，10-压紧垫，11-垫圈，12-栅极孔径，13-安装台。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种离子推力器栅极绝缘引针安装方法，因栅极间距小于0.8mm，微小的离子光学系统形变位移将对离子推力器产生巨大影响，通过对栅极组件安装绝缘引针对栅间距进行在线测量的方法法对离子推力器热启动过程中栅极组件在线位移测量。此安装方法包括引针的制备与安装共计2个步骤。本方法的特点在于：本方法可适用于高温、高真空的环境下(＜800℃，2×10-3Pa)，因引针采用绝缘、热膨胀系数小的绝缘材料，即使在高温条件下，仍能够保证测量精度。
本发明的一种离子推力器栅极绝缘引针安装方法，离子推力器包括离子光学系统，所述离子光学系统由三个栅极组成，栅极间距变化量即是通过测量安装在栅极组件上的引针突出栅极的长度变化量获得，所述栅极间距分别为屏栅与加速栅极间距和加速栅极与减速栅极间距；所述引针的安装方法为：
如图1所示，在所述栅极组件沿径向方向上安装5组引针，每组引针包括3个引针，分别固定安装于屏栅孔径6、加速栅孔径8及减速栅孔径7内；其中，如图2所示，安装于屏栅孔径6的引针贯穿加速栅孔径8和减速栅孔径7，并突出减速栅5所在平面，安装于加速栅孔径8的引针贯穿减速栅孔径7，并突出减速栅5所在平面，安装于减速栅孔径7的引针突出减速栅5所在平面。安装在屛栅3上的引针测量的是屛栅3纵向位移变化量，安装在加速栅4上的引针测量的是加速栅4的纵向位移变化量，安装在减速栅5上的引针测量的是减速栅5的纵向位移变化量，栅极间距的变化量是通过三个栅极的变化量进行计算的。
如图3(a)和(b)所示，所述引针9为圆柱结构，对安装引针的栅极孔进行倒角，将垫圈11套接在引针9上，并通过外力将垫圈11压紧于加工有倒角的栅极孔内。
所述引针9选用热膨胀系数非常小的氧化铝(Al2O3)绝缘材料，所述垫圈11为耐溅射石墨材料。
栅极的厚度为0.4～0.5mm，栅极小孔同轴度形位误差为0.01毫米，如图2中屏栅3、加速栅4、减速栅5从下到上依次排列，屏栅3和加速栅4极间距为0.9±0.05mm，加速栅4和减速栅5极间距为0.8±0.05mm。
所述垫圈11高度为栅极厚度的1.5倍，引针9及垫圈11的安装在图3所示的安装台13上进行，安装台13上设置有与倒角后栅极孔径大小相同的凹槽，垫圈通过外部的压紧垫10压紧于栅极孔中。
本发明方法经过评估和验证后，能够有效的对离子推力器工作时进行的栅间距在线测量进行有效的测量，并能保证栅极的完整性。引针为氧化铝绝缘材料，利用耐溅射的石墨材料的垫圈将陶瓷绝缘引针压紧于倒角的栅极孔中，以此固定引针。不仅能够保障同时多点在线测量栅极间距时引针的稳定性，精确测量栅极间距，还能减小引针滑落的危险，精确测量栅极间距变化，并不污染栅极组件。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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 (5)

1.一种离子推力器栅极绝缘引针安装方法，所述离子推力器包括离子光学系统，所述离子光学系统由三个栅极组成，栅极间距变化量即是通过测量安装在栅极组件上的引针突出栅极的长度变化量获得，其特征在于，所述引针的安装方法为：
在所述栅极组件沿径向方向上安装5组引针，每组引针包括3个引针，分别固定安装于屏栅孔径、加速栅孔径及减速栅孔径内；其中，安装于屏栅孔径的引针贯穿加速栅孔径和减速栅孔径，并突出减速栅所在平面，安装于加速栅孔径的引针贯穿减速栅孔径，并突出减速栅所在平面，安装于减速栅孔径的引针突出减速栅所在平面；
所述引针为圆柱结构，对安装引针的栅极孔进行倒角，将垫圈套接在引针上，并通过外力将垫圈压紧于加工有倒角的栅极孔内实现引针的固定。
2.如权利要求1所述的一种离子推力器栅极绝缘引针安装方法，其特征在于，所述引针为氧化铝绝缘材料。
3.如权利要求1所述的一种离子推力器栅极绝缘引针安装方法，其特征在于，所述垫圈为耐溅射石墨材料。
4.如权利要求1所述的一种离子推力器栅极绝缘引针安装方法，其特征在于，栅极的厚度为0.4～0.5mm，屏栅和加速栅极间距为0.9±0.05mm，加速栅和减速栅极间距为0.8±0.05mm。
5.如权利要求1所述的一种离子推力器栅极绝缘引针安装方法，其特征在于，所述垫圈高度为栅极厚度的1.5倍。
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