CN113357112A

CN113357112A - 一种推进剂供给模块及推力器起弧方法

Info

Publication number: CN113357112A
Application number: CN202110759417.6A
Authority: CN
Inventors: 胡竟; 耿海; 郭宁; 张天平; 罗卫东; 江豪成
Original assignee: Lanzhou Institute of Physics of Chinese Academy of Space Technology
Current assignee: Lanzhou Institute of Physics of Chinese Academy of Space Technology
Priority date: 2021-07-02
Filing date: 2021-07-02
Publication date: 2021-09-07

Abstract

本申请涉及航天推进技术领域，具体而言，涉及一种推进剂供给模块及推力器起弧方法，包括阳极流量供给支路和阳极电源系统，阳极流量供给支路用于向推力器阳极供气，阳极电源系统用于向推力器阳极供电。本发明采用永磁体叠加线圈的励磁组件，通过电压和电流的设定，可灵活调节磁场感应强度，以适应不同材质和直径钢丝绳的励磁需求和检测深度需求。本发明通过调节推力器阳极供气模式，改进阳极电源系统配电方式，在不大幅度增加卫星电推进系统贮供单元和电源处理单元重量的情况下，实现了永磁霍尔推力器在强磁场状态下快速、可靠点火，提高了永磁霍尔推力器的点火成功率，有效推动了永磁霍尔推力器工程化研制。

Description

一种推进剂供给模块及推力器起弧方法

技术领域

本申请涉及航天推进技术领域，具体而言，涉及一种推进剂供给模块及推力器起弧方法。

背景技术

传统霍尔推力器普遍采用电磁铁提供磁场，通过调节卫星加电次序，在推力器放电通道形成磁场之前先行构建电场，以确保阴极发射的电子在电场力作用下能够顺利进入放电通道并与阳极周围的推进剂原子碰撞并电离，进而为后续电离所产生的正离子被引出并产生反作用推力奠定基础。

但随着卫星逐渐向小型化、集约化方向发展，整星功率出现大幅下降，其提供给霍尔推力器的功率额度与所需的推力、比冲等推力器关键性能之间存在巨大的不匹配性。

基于此，永磁霍尔推力器应运而生，利用永磁铁为推力器提供磁场，可有效减少电磁体的功耗，节约整机功率，但由此产生的问题是推力器磁场属于稳态场，在永磁体的强磁场状态下，磁场长期作用于推力器放电通道，阴极发射的电子受磁场洛伦兹力作用，无法到达阳极并电离推进剂，使得推力器正常起弧存在极大困难。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种推进剂供给模块及推力器起弧方法，通过调节推力器阳极供气模式，改进阳极电源系统配电方式，实现了永磁霍尔推力器在强磁场状态下快速、可靠点火，提高了永磁霍尔推力器的点火成功率。

为了实现上述目的，本申请提供了一种推进剂供给模块，包括阳极流量供给支路和阳极电源系统，阳极流量供给支路用于向推力器阳极供气，阳极电源系统用于向推力器阳极供电。

进一步的，阳极流量供给支路包括第一电磁阀、快速点火支路以及正常工作支路，快速点火支路与正常工作支路通过供气管路并联，并联管路的一端与第一电磁阀连接，另一端与推力器阳极连接。

进一步的，快速点火支路包括通过供气管路连接的第二电磁阀和限流节流器。

进一步的，正常工作支路上设置有阳极热节流器。

进一步的，阳极电源系统包括阳极电源、二极管以及阳极点火电源，其中：阳极电源与二极管串联，二极管的正极与阳极电源的正极连接；阳极点火电源与上述串联电路并联，阳极点火电源的正极与二极管的负极连接，阳极点火电源的负极与阳极电源的负极连接。

此外，本申请还提供了一种应用推进剂供给模块的电推进系统推力器的起弧方法，包括如下步骤：步骤1：完成阴极点火，开启第一电磁阀和第二电磁阀，通过限流节流器和阳极热节流器同时向推力器的阳极供气；步骤2：开启阳极电源系统中的阳极电源和阳极点火电源，使阳极电流大于等于正常工作电流数值的10％，稳定1S以上；步骤3：关闭阳极电源系统中的阳极点火电源和第二电磁阀，完成推力器引束流起弧。

本发明提供的一种推进剂供给模块及推力器起弧方法，具有以下有益效果：

本发明在传统霍尔电推进系统供气、供电系统的基础上，通过调节推力器阳极供气模式，改进阳极电源系统配电方式，在不大幅度增加卫星电推进系统贮供单元和电源处理单元重量的情况下，实现了永磁霍尔推力器在强磁场状态下快速、可靠点火，提高了永磁霍尔推力器的点火成功率，有效推动了永磁霍尔推力器工程化研制。

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推进剂供给模块的阳极流量供给支路的示意图；

图2是根据本申请实施例提供的一种推进剂供给模块的阳极电源系统的示意图；

图中：1-阳极流量供给支路、2-快速点火支路、3-正常工作支路、4-第一电磁阀、5-第二电磁阀、6-限流节流器、7-阳极热节流器、8-推力器阳极、9-阳极电源、10-阳极点火电源、11-二极管。

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-图2所示，本申请提供了一种推进剂供给模块，包括阳极流量供给支路1和阳极电源系统，阳极流量供给支路1用于向推力器阳8极供气，阳极电源系统用于向推力器阳极8供电。

具体的，起弧就是在推力器放电通道中产生等离子电孤，针对永磁霍尔推力器阴极电子无法进入放电通道与推进剂原子实现碰撞电离所导致的起弧困难问题，本发明实施例提供的推进剂供给模块应用在永磁霍尔电推进系统中的推力器内，通过阳极流量供给支路1调节推力器阳极8的供气模式，通过阳极电源系统改进推力器阳极8的配电方式，使得阳极供气的推进剂原子与阴极产生的电子能够有效的发生碰撞并电离，从而依次繁衍产生等离子电弧，实现永磁霍尔推力器在强磁场状态下快速、可靠点火起弧，提高了永磁霍尔推力器的点火起弧的成功率。

进一步的，阳极流量供给支路1包括第一电磁阀4、快速点火支路2以及正常工作支路3，快速点火支路2与正常工作支路3通过供气管路并联，并联管路的一端与第一电磁阀4连接，另一端与推力器阳极8连接。第一电磁阀4主要用于整体控制管路内气体流动的情况，快速点火支路2主要作为正常工作支路3的辅助供气管路，能够大流量供气，辅助正常工作支路3实现快速点火起弧，快速点火支路2只有在推力器点火启动时开启使用，和正常工作支路3同时向推力器阳极8供气，其余时间处于关闭状态，气体只通过正常工作支路3向推力器阳极8进行小流量供气。

进一步的，快速点火支路2包括通过供气管路连接的第二电磁阀5和限流节流器6。第二电磁阀5主要用于控制快速点火支路2管道内气体的流动情况，当需要快速点火支路2辅助点火起弧时，打开第二电磁阀5，向推力器阳极8供气，其余时间关闭第二电磁阀5。限流节流器6主要用于向推力器提供能够实现正常起弧所需的推进剂流率，限流节流器6仅在推力器点火起弧伊始向推力器阳极提供推进剂，待推力器正常点火起弧后关闭第二电磁阀5，限流节流器6不再提供推进剂。

进一步的，正常工作支路3上设置有阳极热节流器7。当推力器需要点火时，通过快速点火支路2辅助正常工作支路3，两者同时为推力器阳极8进行供气，从而实现推力器的快速点火，其余时间，关闭快速点火支路2，只通过正常工作支路3向推力器阳极8供气即可。阳极热节流器7主要用于向推力器提供正常工作所需的推进剂流率，自推力器点火开始到结束工作，阳极热节流器7均向推力器阳极提供推进剂。

进一步的，阳极电源系统包括阳极电源9、二极管11以及阳极点火电源10，其中：阳极电源9与二极管11串联，二极管11的正极与阳极电源9的正极连接；阳极点火电源10与上述串联电路并联，阳极点火电源10的正极与二极管11的负极连接，阳极点火电源10的负极与阳极电源9的负极连接。阳极电源系统主要用于对推力器阳极8进行供电，供电后阳极处于高电势状态，对阴极电子产生强大的电场力作用，在电场力作用下，电子将向阳极运动。阳极电源9与二极管11串联，二极管11的存在可防止点火起弧过程中阳极点火电源10产生的脉冲高电压对阳极电源9形成电压冲击，对阳极电源9起到保护的作用。阳极点火电源10主要用于推力器点火起弧伊始向阳极上施加脉冲高电压以提高点火成功率，点火起弧成功后处于关闭状态。

此外，本申请还提供了一种应用推进剂供给模块的电推进系统推力器的起弧方法，包括如下步骤：步骤1：完成阴极点火，开启第一电磁阀4和第二电磁阀5，通过限流节流器6和阳极热节流器7同时向推力器的阳极供气；步骤2：开启阳极电源系统中的阳极电源9和阳极点火电源10，使阳极电流大于等于正常工作电流数值的10％，稳定1S以上；步骤3：关闭阳极电源系统中的阳极点火电源10和第二电磁阀5，完成推力器引束流起弧。

具体的，本发明实施例还提供了应用该推进剂供给模块的电推进系统推力器的起弧方法，根据模块化、低功耗及易安装、便于操作的设计思路，在传统永磁霍尔电推进系统供气、供电系统的基础上，通过阳极流量供给支路1调节推力器阳极8的供气模式，通过阳极电源系统改进推力器阳极8的配电方式，实现了永磁霍尔推力器在强磁场状态下快速、可靠点火，提高了永磁霍尔推力器的点火成功率，有效推动了永磁霍尔推力器工程化研制。

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

1.一种推进剂供给模块，其特征在于，包括阳极流量供给支路和阳极电源系统，所述阳极流量供给支路用于向推力器阳极供气，所述阳极电源系统用于向推力器阳极供电。

2.如权利要求1所述的推进剂供给模块，其特征在于，所述阳极流量供给支路包括第一电磁阀、快速点火支路以及正常工作支路，所述快速点火支路与所述正常工作支路通过供气管路并联，并联管路的一端与所述第一电磁阀连接，另一端与推力器阳极连接。

3.如权利要求2所述的推进剂供给模块，其特征在于，所述快速点火支路包括通过供气管路连接的第二电磁阀和限流节流器。

4.如权利要求2所述的推进剂供给模块，其特征在于，所述正常工作支路上设置有阳极热节流器。

5.如权利要求1所述的推进剂供给模块，其特征在于，所述阳极电源系统包括阳极电源、二极管以及阳极点火电源，其中：

所述阳极电源与所述二极管串联，所述二极管的正极与所述阳极电源的正极连接；

所述阳极点火电源与上述串联电路并联，所述阳极点火电源的正极与所述二极管的负极连接，所述阳极点火电源的负极与所述阳极电源的负极连接。

6.一种应用如权利要求1-5任一项所述的推进剂供给模块的电推进系统推力器的起弧方法，包括如下步骤：

步骤1：完成阴极点火，开启第一电磁阀和第二电磁阀，通过限流节流器和阳极热节流器同时向推力器的阳极供气；

步骤2：开启阳极电源系统中的阳极电源和阳极点火电源，使阳极电流大于等于正常工作电流数值的10％，稳定1S以上；

步骤3：关闭阳极电源系统中的阳极点火电源和第二电磁阀，完成推力器引束流起弧。