CN112543522B - 空心阴极铠装加热装置 - Google Patents

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Abstract

一种空心阴极铠装加热装置，包括空心阴极管，所述空心阴极管的前端加热段上缠绕一加热器，所述加热器包括用难熔金属制作的细长外管，以及设置在细长外管腔内的用难熔金属制作的发热丝，所述细长外管包括小直径的加热段、大直径的引线段，所述发热丝的前端与细长外管的加热段顶端焊接形成密封端，所述发热丝的尾端从细长外管的引线段延伸出，所述发热丝与细长外管之间的间隙填充绝缘陶瓷，所述细长外管的引线段穿过阴极管座且焊接固定，所述空心阴极管的后端穿过阴极管座且焊接固定，所述阴极管座连接电源负极，所述细长外管的加热段密实地绕在空心阴极管的加热段上，所述发热丝的尾端用于连接电源正极，使发热丝与细长外管形成加热回路。

Description

空心阴极铠装加热装置
技术领域
本发明涉及航天推进系统领域，具体涉及一种空心阴极铠装加热装置。
背景技术
空心阴极广泛应用于等离子体放电相关领域，如表面处理、真空镀膜、真空焊接等，又可以作为电子源和中和器应用于航天电推进系统，目前，用于电推进系统的空心阴极大多属于热阴极，而加热器是空心阴极的关键部件，它负责加热发射体并持续工作至发射体到达发射温度，其工作的性能、可靠性，直接影响电推力系统点火启动的性能和可靠性，加热器一旦失效，会造成电推力器无法点火启动的严重后果。
空心阴极点火启动的原理：利用加热器将位于阴极管内部的发射体加热，使发射体达到发射温度逸出电子，发射的电子与进入空心阴极腔体内的推进剂的气体原子产生碰撞，使其大量电离，形成放电等离子体，从而使空心阴极成功点火，启动放电。
现有的空心阴极加热器均是在空心阴极管上套一个陶瓷管作为骨架，然后在陶瓷骨架上缠绕金属加热丝，并在加热丝外套一个陶瓷外套或者涂敷绝缘陶瓷而成，工作时给加热丝通电升温、陶瓷骨架导热，从而对空心阴极管内的发射体进行加热。由于这些空心阴极加热器的主体部分为陶瓷材质，陶瓷材质的脆性导致其抗机械振动冲击能力差；由于陶瓷的承受的热冲击大，抗热冲击性能也就差，加热器很容易因为机械振动或承受热冲击而发生开裂，造成加热丝短路，引起电推进系统加热启动响应慢甚至发生无法点火启动的问题，极大的影响了空心阴极启动放电的稳定性。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种空心阴极铠装加热装置，其优化了加热器的结构，实现了对空心阴极的快速且稳定的加热，提高了加热器结构的稳定性和可靠性。
本发明的技术方案是：一种空心阴极铠装加热装置，包括空心阴极管，所述空心阴极管的前端加热段上缠绕一加热器，所述加热器包括用难熔金属制作的细长外管，以及设置在细长外管腔内的用难熔金属制作的发热丝，所述细长外管包括小直径的加热段、大直径的引线段，所述发热丝的前端与细长外管的加热段顶端焊接形成密封端，所述发热丝的尾端从细长外管的引线段延伸出，所述发热丝与细长外管之间的间隙填充绝缘陶瓷，所述细长外管的引线段穿过阴极管座且焊接固定，所述空心阴极管的后端穿过阴极管座且焊接固定，所述阴极管座连接电源负极，所述细长外管的加热段密实地绕在空心阴极管的加热段上，所述发热丝的尾端用于连接电源正极，使发热丝与细长外管形成加热回路。
所述难熔金属采用钨、钼、钽、铌中的任意一种或含有钨、钼、钽、铌中任意一种的合金材料制作。
所述细长外管小径段的直径为1-2.2mm，所述细长外管大径段的的直径为2-3mm。
所述发热丝位于细长外管大径段中的直径为0.4-1mm，位于细长外管小径段中的直径0.2-0.7mm。
所述细长外管的引线段与阴极管座采用氩弧焊接或电子束焊接固定。
发热丝的前端与细长外管的加热段顶端采用氩弧焊接或电子束焊接形成密封端。
采用上述技术方案：包括空心阴极管，所述空心阴极管的前端加热段上缠绕一加热器，所述加热器包括用难熔金属制作的细长外管，以及设置在细长外管腔内的用难熔金属制作的发热丝，所述细长外管包括小直径的加热段、大直径的引线段，所述发热丝的前端与细长外管的加热段顶端焊接形成密封端，所述发热丝的尾端从细长外管的引线段延伸出，所述发热丝与细长外管之间的间隙填充绝缘陶瓷，所述细长外管的引线段穿过阴极管座且焊接固定，所述空心阴极管的后端穿过阴极管座且焊接固定，所述阴极管座连接电源负极，所述细长外管的加热段密实地绕在空心阴极管的加热段上，所述发热丝的尾端用于连接电源正极，使发热丝与细长外管形成加热回路。工作时，位于细长外管加热段内的发热丝由于直径小、电阻大，于是开始集中发热，耐高温绝缘陶瓷将热量迅速传递至细长外管，细长外管的加热段对空心阴极管前端内部安装的发射体进行加热，发射体升温至发射温度后发射电子，发射的电子与进入空心阴极腔体内的推进剂的气体原子产生碰撞，使其大量电离，形成放电等离子体，使空心阴极点火，启动放电，难熔金属材质的细长外管作为加热接触面直接与空心阴极管外壁接触，其热量的传导效率高，加快了空心阴极点火的速度。
所述难熔金属采用钨、钼、钽、铌中的任意一种或含有钨、钼、钽、铌中任意一种的合金材料制作。难熔金属具有耐高温、耐机械振动、耐热冲击的优点，便于加热器加工。
所述细长外管小径段的直径为1-2.2mm，所述细长外管大径段的的直径为2-3mm。确保细长外管与空心阴极管加热段有更大的接触面积，增加导热效率。
所述发热丝位于细长外管大径段中的直径为0.4-1mm，位于细长外管小径段中的直径0.2-0.7mm。
所述细长外管的引线段与阴极管座采用氩弧焊接或电子束焊接固定，氩弧焊接与电子束焊接，其焊接部致密、连接可靠、不易氧化。
本发明提供一种空心阴极铠装加热装置，其通过将发热丝和绝缘陶瓷装配在难熔金属外管中并经过变形加工成加热组合体，由于绝缘层薄且密实度高，难熔金属外管与阴极管直接接触传热，提高了热量的传导效率；同时，陶瓷材料被难熔金属外管紧密包裹，其集成度高，简化了加热器的结构，提高了阴极加热器的可靠性。
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中加热器的剖视图。
附图中，1为空心阴极管，2为加热器，3为细长外管，4为发热丝，5为加热段，6为引线段，7为绝缘陶瓷，8为阴极管座。
具体实施方式
参见图1、图2，一种空心阴极铠装加热装置，包括空心阴极管1，所述空心阴极管1的前端加热段上缠绕一加热器2，所述加热器由细长外管3、绝缘陶瓷7和发热丝4整体加工而成，所述加热器2包括细长外管3，以及设置在细长外管3腔内的发热丝4，所述细长外管3与发热丝4，所述难熔金属采用钨、钼、钽、铌中的任意一种或含有钨、钼、钽、铌中任意一种的合金材料制作。所述细长外管3包括小直径的加热段5、大直径的引线段6，所述细长外管3小径段的直径为1-2.2mm，本实施例中为2mm，大径段的的直径为2-3mm，本实施例中为3mm，当然，细长外管的大径段也可以更粗一些。所述发热丝4的前端与细长外管3的加热段5顶端焊接形成密封端，所述发热丝4的尾端从细长外管3的引线段6延伸出，所述发热丝4位于细长外管3大径段中的直径为0.4-1mm，本实施例中为0.7mm，位于细长外管3小径段中的直径为0.2-0.7mm，本实施例中为0.2mm其发热功率最大，所述发热丝4与细长外管3之间的间隙填充绝缘陶瓷7，由此经过加工制作成空心阴极铠装加热装置。所述细长外管3的引线段6穿过阴极管座8且采用氩弧焊接或电子束焊接固定，所述空心阴极管1的后端穿过阴极管座8且采用氩弧焊接或电子束焊接固定，所述阴极管座8连接电源负极，所述细长外管3的加热段5密实地绕在空心阴极管1的加热段上，所述发热丝4的尾端用于连接电源正极，使发热丝4与细长外管3形成加热回路。
空心阴极铠装加热装置工作时，电源正极向发热丝4输出电流，位于细长外管3加热段5内的发热丝由于直径小、电阻大，于是开始集中发热，热量经耐高温绝缘陶瓷7传递至细长外管3，细长外管3的加热段5对空心阴极管1前端内部安装的发射体进行加热，发射体升温至发射温度后发射电子，发射的电子与进入空心阴极腔体内的推进剂的气体原子产生碰撞，使其大量电离，形成放电等离子体，使空心阴极点火，启动放电，难熔金属材质的细长外管3外管壁作为加热的接触面直接与空心阴极管外壁接触，其热量的传导效率高，加快了空心阴极点火的速度。

Claims (6)

1.一种空心阴极铠装加热装置，包括空心阴极管（1），其特征在于：所述空心阴极管（1）的前端加热段上缠绕一加热器（2），所述加热器（2）包括用难熔金属制作的细长外管（3），以及设置在细长外管（3）腔内的用难熔金属制作的发热丝（4），所述细长外管（3）包括小直径的加热段（5）、大直径的引线段（6），所述发热丝（4）的前端与细长外管（3）的加热段（5）顶端焊接形成密封端，所述发热丝（4）的尾端从细长外管（3）的引线段（6）延伸出，所述发热丝（4）与细长外管（3）之间的间隙填充绝缘陶瓷（7），所述细长外管（3）的引线段（6）穿过阴极管座（8）且焊接固定，所述空心阴极管（1）的后端穿过阴极管座（8）且焊接固定，所述阴极管座（8）连接电源负极，所述细长外管（3）的加热段（5）密实地绕在空心阴极管（1）的加热段上，所述发热丝（4）的尾端用于连接电源正极，使发热丝（4）与细长外管（3）形成加热回路。
2.根据权利要求1所述的一种空心阴极铠装加热装置，其特征在于：所述难熔金属采用钨、钼、钽、铌中的任意一种或含有钨、钼、钽、铌中任意一种的合金材料制作。
3.根据权利要求1所述的一种空心阴极铠装加热装置，其特征在于：所述细长外管（3）小径段的直径为1-2.2mm，所述细长外管（3）大径段的直径为2-3mm。
4.根据权利要求1所述的一种空心阴极铠装加热装置，其特征在于：所述发热丝（4）位于细长外管（3）大径段中的直径为0.4-1mm，位于细长外管（3）小径段中的直径0.2-0.7mm。
5.根据权利要求1所述的一种空心阴极铠装加热装置，其特征在于：所述细长外管（3）的引线段（6）与阴极管座（8）采用氩弧焊接或电子束焊接固定。
6.根据权利要求1所述的一种空心阴极铠装加热装置，其特征在于：发热丝（4）的前端与细长外管（3）的加热段（5）顶端采用氩弧焊接或电子束焊接形成密封端。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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