CN113357111B - 一种离子推力器探针安装方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及航天空间电推进技术领域，具体而言，涉及一种离子推力器探针安装方法，包括如下步骤：步骤1：将栅极组件安装到栅极安装环上；步骤2：在栅极组件的表面沿径向依次设置5个探针组，每个探针组包括3根弹簧和3个探针；步骤3：将每个探针的一端与对应的弹簧连接，另一端与栅极组件连接，通过弹簧的压力或拉力将探针固定在栅极组件上；步骤4：将每根弹簧的另一端固定在支撑架上，5个探针组通过弹簧依次固定在支撑架上；步骤5：将支撑架的两端通过螺钉固定在栅极安装环上，完成探针的固定安装。本发明结构简单，便于加工安装，不会破坏栅极，也不会对栅极造成污染，在高温、高真空环境下保证了测量的精度。

Description

一种离子推力器探针安装方法

技术领域

本申请涉及航天空间电推进技术领域，具体而言，涉及一种离子推力器探针安装方法。

背景技术

栅极组件在离子推力器上具有独特性并扮演多重角色，在功能上它从放电室等离子体中引出、加速、聚焦正离子形成喷出束流，在性能上它很大程度决定离子推力器的推力和比冲，它还是影响离子推力器工作可靠性和寿命的关键组件。在栅极组件装配时会严格控制栅间距的数值(冷态栅间距)，但在推力器工作过程中，由于栅极材料因受到温度场、电场、磁场的影响，栅极组件将发生形变，栅极组件热态栅间距的变化不仅会改变栅极间的几何参数，影响束流的引出、加重栅极的腐蚀，对推力器的性能产生不利影响，严重者还会发生栅极间短路直接造成推力器失效，因此，测量栅极组件栅间距的大小对于评价推力器性能以及预测推力器的寿命都十分关键。

栅极组件由屏栅、加速栅、减速栅组成，在采用非接触的光学测量法测量栅间距时，无法直接确定栅极片的位置，需要将探针与栅极固定，用探针生出的长度来表征栅极位置的变化，栅极之间的安装距离很小，安装探针时采用机械安装十分困难，容易导致栅极组件的损坏，采用高温胶等方法安装时又容易对栅极组件产生污染。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种离子推力器探针安装方法，能够有效的将探针安装在栅极上，实现对离子推力器热态栅间距的测量，不会损坏栅极组件的结构，也不会对栅极组件造成污染。

为了实现上述目的，本申请提供了一种离子推力器探针安装方法，包括如下步骤：步骤1：将栅极组件安装到栅极安装环上；步骤2：在栅极组件的表面沿径向依次设置5个探针组，每个探针组包括3根弹簧和3个探针；步骤3：将每个探针的一端与对应的弹簧连接，另一端与栅极组件连接，通过弹簧的压力或拉力将探针固定在栅极组件上；步骤4：将每根弹簧的另一端固定在支撑架上，5个探针组通过弹簧依次固定在支撑架上；步骤5：将支撑架的两端通过螺钉固定在栅极安装环上，完成探针的固定安装。

进一步的，栅极组件从上到下包括依次排列的屏栅、加速栅以及减速栅，屏栅与加速栅之间的距离为0.7-1.5mm，加速栅与减速栅之间的距离为0.5-1mm。

进一步的，屏栅的厚度为0.3-0.5mm，孔径为1.5-2mm；加速栅的厚度为0.5-0.8mm，孔径为1-1.5mm；减速栅的厚度为0.5-0.8mm，孔径为1.5-2mm。

进一步的，步骤3中3个探针分别与屏栅、加速栅以及减速栅固定连接，测量时，用探针伸出的长短表征其相应的位置。

进一步的，探针采用膨胀系数低的陶瓷材料，包括粗柱段和细柱段。

进一步的，与屏栅连接的探针通过弹簧的压力进行固定，探针的粗柱段设置在屏栅端，粗柱段的端点处设置有弹簧压孔。

进一步的，与减速栅连接的探针通过弹簧的拉力进行固定，探针的粗柱段设置在减速栅端，探针的细柱段的端点处设置有弹簧拉孔。

进一步的，与加速栅连接的探针通过弹簧的压力进行固定，探针的粗柱段设置在加速栅端，粗柱段的端点处设置有弹簧压孔。

进一步的，支撑架位于屏栅的上方，与探针相对应的位置处设置有固定弹簧的圆柱形凸起。

进一步的，离子推力器启动时，栅极组件处于高真空度、高离子流环境中，通过非接触的光学法对栅间距的变化进行在线测量。

本发明提供的一种离子推力器探针安装方法，具有以下有益效果：

本发明在栅极组件上方固定设置支撑架，通过支撑架下方弹簧的将探针紧密的固定在栅极组件上，根据探针伸出的长度能够标定栅极的位置，从而实现了热态栅间距的在线测量，结构简单，便于加工安装，不会破坏栅极，也不会对栅极造成污染，在高温、高真空环境下保证了测量的精度。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请实施例提供的一种离子推力器探针安装方法的安装结构示意图；

图2是根据本申请实施例提供的一种离子推力器探针安装方法的栅极组件与探针的连接示意图；

图3是根据本申请实施例提供的一种离子推力器探针安装方法的探针位置示意图；

图4是根据本申请实施例提供的一种离子推力器探针安装方法的支撑架示意图；

图5是根据本申请实施例提供的一种离子推力器探针安装方法的与屏栅连接的探针示意图；

图6是是根据本申请实施例提供的一种离子推力器探针安装方法的与减速栅连接的探针示意图；

图中：1-栅极组件、11-屏栅、12-加速栅、13-减速栅、2-栅极安装环、3-探针组、31-探针、32-弹簧、4-支撑架。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

另外，术语“多个”的含义应为两个以及两个以上。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1所示，本申请提供了一种离子推力器探针安装方法，包括如下步骤：步骤1：将栅极组件1安装到栅极安装环2上；步骤2：在栅极组件1的表面沿径向依次设置5个探针组3，每个探针组3包括3根弹簧32和3个探针31；步骤3：将每个探针31的一端与对应的弹簧32连接，另一端与栅极组件1连接，通过弹簧32的压力或拉力将探针31固定在栅极组件1上；步骤4：将每根弹簧32的另一端固定在支撑架4上，5个探针组3通过弹簧32依次固定在支撑架4上；步骤5：将支撑架4的两端通过螺钉固定在栅极安装环2上，完成探针31的固定安装。

具体的，本发明实施例提供的离子推力器探针安装方法利用弹簧32的压力将探针31固定在栅极组件1的表面，离子推力器工作过程中，栅极组件1受到电场、磁场以及高温等环境使得栅极组件1之间的各栅极片相对位置发生改变，引起栅间距的改变，此时根据栅极组件1上探针31伸出的长度，可以标定出栅极片的位置，完成热态栅间距的测量。支撑架4主要用于固定弹簧32以及探针31，两端通过螺钉固定在栅极安装环2上，弹簧32优选耐高温弹簧32，数量与实际栅极组件1的栅极片的数量相同，一端与支撑架4连接，另一端与探针31连接，通过自身的弹力将探针31挤压固定在栅极组件1的表面。

进一步的，如图2所示，栅极组件1从上到下包括依次排列的屏栅11、加速栅12以及减速栅13，屏栅11与加速栅12之间的距离为0.7-1.5mm，加速栅12与减速栅13之间的距离为0.5-1mm。栅极组件1至少由2栅极片组成，在本发明实施例中栅极组件1优选3栅极片，从上到下依次为屏栅11、加速栅12以及减速栅13，屏栅11与加速栅12之间的距离优选1.25mm，加速栅12与减速栅13之间的距离优选0.69mm。

进一步的，屏栅11的厚度为0.3-0.5mm，孔径为1.5-2mm；加速栅12的厚度为0.5-0.8mm，孔径为1-1.5mm；减速栅13的厚度为0.5-0.8mm，孔径为1.5-2mm。栅极片的孔径很小并且厚度很薄，很容易遭到破坏，在本发明实施例中屏栅11的厚度优选0.4mm，孔径优选1.9mm，加速栅12的厚度优选0.6mm，孔径优选1.25mm，减速栅13的厚度有限0.6mm，孔径优选1.6mm。

进一步的，如图2-图3所示，步骤3中3个探针31分别与屏栅11、加速栅12以及减速栅13固定连接，测量时，用探针31伸出的长短表征其相应的位置。离子推力器工作时，分别观察3个探针31伸出的长短变化，根据探针31的长度能够判断屏栅11、加速栅12以及减速栅13的位置变化，从而实现热态栅间距的测量。

进一步的，探针31采用膨胀系数低的陶瓷材料，包括粗柱段和细柱段。探针31可以采用Al₂O₃材料进行制备，分为粗柱段和细柱段两部分。

进一步的，如图5所示，与屏栅11连接的探针31通过弹簧32的压力进行固定，探针31的粗柱段设置在屏栅11端，粗柱段的端点处设置有弹簧压孔。第一个探针31与屏栅11连接，用于表征屏栅1l的变化位置，粗柱段位于屏栅11端，直径大于屏栅11的孔径1.9mm，细柱段设置在粗柱段的下方，细柱段的直径小于加速栅12的孔径1.25mm，并且粗柱段的端点处设置有一定深度的圆柱形孔洞，用于和上方对应的弹簧32连接，对应的弹簧32下压的后会进入圆柱形孔洞，将探针31压在屏栅11上，能够有效的防止弹簧力中心线发生偏移。

进一步的，如图6所示，与减速栅13连接的探针31通过弹簧32的拉力进行固定，探针31的粗柱段设置在减速栅13端，探针31的细柱段的端点处设置有弹簧拉孔。第二个探针31与减速栅13连接，用于表征减速栅13的变化位置，粗柱段位于减速栅13端，直径大于减速栅13的孔径1.6mm，细柱段位于粗柱段的上方，细柱段的直径小于加速栅12的孔径1.25mm，并且细柱段的端点处设置有圆形孔，用于和对应的弹簧32连接，能够悬挂对应弹簧32的拉钩。

进一步的，与加速栅12连接的探针31通过弹簧32的压力进行固定，探针31的粗柱段设置在加速栅12端，粗柱段的端点处设置有弹簧压孔。第三个探针31与加速栅12连接，用于表征加速栅12的变化位置，可以采用压簧的方法与固定，也可以采用拉簧的方法与固定，在本发明实施例中，采用压簧的方法进行固定，固定方式和第一个探针31相似，在此不再进行赘述。

进一步的，如图4所示，支撑架4位于屏栅11的上方，与探针31相对应的位置处设置有固定弹簧32的圆柱形凸起。支撑架4的下方设置有3个高度2mm的圆形柱体，位置与3个探针31的位置相对应，主要用于与弹簧32固定连接，弹簧32设置在圆形柱体和探针31之间，支撑架通过对圆形柱体实现对弹簧32的挤压或者拉伸，从而对下方的探针31进行挤压或者拉伸。

进一步的，离子推力器启动时，栅极组件1处于高真空度、高离子流环境中，通过非接触的光学法对栅间距的变化进行在线测量。离子推力器启动时，栅极组件1处于高真空度、高等离子流的环境中，栅极组件1受到温度场、电场、磁场的影响，栅极组件1将发生形变，栅极组件1热态栅间距会发生变化，通过探针31伸出的长度可以标定出各个栅极片的位置，然后通过非接触的光学法可以测算出热态栅间距的变化，不会对栅极结构造成破坏，也不会对栅极造成污染。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种离子推力器探针安装方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：将栅极组件安装到栅极安装环上；

步骤2：在栅极组件的表面沿径向依次设置5个探针组，每个探针组包括3根弹簧和3个探针；

步骤3：将每个探针的一端与对应的弹簧连接，另一端与栅极组件连接，通过弹簧的压力或拉力将探针固定在栅极组件上；

步骤4：将每根弹簧的另一端固定在支撑架上，5个探针组通过弹簧依次固定在支撑架上；

步骤5：将支撑架的两端通过螺钉固定在栅极安装环上，完成探针的固定安装。

2.如权利要求1所述的离子推力器探针安装方法，其特征在于，所述栅极组件从上到下包括依次排列的屏栅、加速栅以及减速栅，所述屏栅与所述加速栅之间的距离为0.7-1.5mm，所述加速栅与所述减速栅之间的距离为0.5-1mm。

3.如权利要求2所述的离子推力器探针安装方法，其特征在于，所述屏栅的厚度为0.3-0.5mm，孔径为1.5-2mm；所述加速栅的厚度为0.5-0.8mm，孔径为1-1.5mm；所述减速栅的厚度为0.5-0.8mm，孔径为1.5-2mm。

4.如权利要求3所述的离子推力器探针安装方法，其特征在于，步骤3中3个探针分别与所述屏栅、所述加速栅以及所述减速栅固定连接，测量时，用探针伸出的长短表征其相应的位置。

5.如权利要求4所述的离子推力器探针安装方法，其特征在于，所述探针采用膨胀系数低的陶瓷材料，包括粗柱段和细柱段。

6.如权利要求5所述的离子推力器探针安装方法，其特征在于，与所述屏栅连接的探针通过弹簧的压力进行固定，探针的粗柱段设置在所述屏栅端，粗柱段的端点处设置有弹簧压孔。

7.如权利要求5所述的离子推力器探针安装方法，其特征在于，与所述减速栅连接的探针通过弹簧的拉力进行固定，探针的粗柱段设置在所述减速栅端，探针的细柱段的端点处设置有弹簧拉孔。

8.如权利要求5所述的离子推力器探针安装方法，其特征在于，与所述加速栅连接的探针通过弹簧的压力进行固定，探针的粗柱段设置在所述加速栅端，粗柱段的端点处设置有弹簧压孔。

9.如权利要求6-8任一项所述的离子推力器探针安装方法，其特征在于，所述支撑架位于所述屏栅的上方，与探针相对应的位置处设置有固定弹簧的圆柱形凸起。

10.如权利要求1所述的离子推力器探针安装方法，其特征在于，离子推力器启动时，栅极组件处于高真空度、高离子流环境中，通过非接触的光学法对栅间距的变化进行在线测量。

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