CN113357113B

CN113357113B - 一种空间电推力器供气绝缘一体化结构

Info

Publication number: CN113357113B
Application number: CN202110760676.0A
Authority: CN
Inventors: 王倩楠; 耿海; 贾艳辉; 高俊; 郭宁; 李沛; 陈新伟; 穆盛; 罗俊华
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: 2022-08-26
Anticipated expiration: 2041-07-02
Also published as: CN113357113A

Abstract

本申请涉及航天电推进技术领域，具体而言，涉及一种空间电推力器供气绝缘一体化结构，包括气体分配器以及气路绝缘结构，气路绝缘结构固定焊接在气体分配器下端的定位孔内。本发明采用了气体分配器和气路绝缘结构一体化的安装焊接方式，有效的降低了安装难度，提高了连接可靠性，规避了漏气风险，消除力学环境中管路断裂的风险，大幅提高了空间电推力器的可靠性，并且有效降低了推力器高度与空间尺寸、减轻重量、减少零件数量、降低了加工成本，满足商业航天多用户对小功率空间电推力器低成本、轻量化、高可靠的要求。

Description

一种空间电推力器供气绝缘一体化结构

技术领域

本申请涉及航天电推进技术领域，具体而言，涉及一种空间电推力器供气绝缘一体化结构。

背景技术

空间电推力器工作时，工质气体供气管路上必须设置气路电绝缘器，用来抑制因低气压放电引起的击穿，以确保电推力器正常工作，并避免卫星结构带电。霍尔推力器气体分配器的功能是在放电室通道的底部作为放电室中工质气体注入的分配器，同时提供等离子体放电并将正离子加速引出从而产生推力到高正电位，是霍尔推力器的关键组件之一，其性能直接关系到推力器的性能和寿命，甚至影响空间飞行任务的成败。

通常气体分配器和气路电绝缘器是独立的两个组件，气体分配器安装在电推力器的放电室中，其供气管路插入下方外壳空间中，而气路电绝缘器直接安装在外壳上，两个组件的连接处采用法兰结构，密封垫密封，连接法兰螺接固定的方法进行气路连接，但是这种结构在空间狭小的小功率空间电推力器内部由于操作空间有限，导致安装困难，易造成密封垫歪斜或连接法兰螺接时不均匀导致密封处漏气造成推力器失效，另外在力学环境中由于法兰体积和质量过大，导致受外力作用摆幅过大，存在管路弯折断裂的风险。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种空间电推力器供气绝缘一体化结构，将气体分配器和气路电绝缘器的相关零件连接成为一个整体，实现了空间电推力器小型化、轻量化、低成本、高可靠的需求。

为了实现上述目的，本申请提供了一种空间电推力器供气绝缘一体化结构，包括气体分配器以及气路绝缘结构，气路绝缘结构固定焊接在气体分配器下端的定位孔内。

进一步的，气路绝缘结构包括上屏蔽罩、绝缘陶瓷、下屏蔽罩以及气路管路，其中：上屏蔽罩连接端与气体分配器下端的定位孔连接；绝缘陶瓷固定在上屏蔽罩固定端和下屏蔽罩固定端之间；下屏蔽罩连接端与气路管路连接。

进一步的，上屏蔽罩和下屏蔽罩的中间均设置有气体通道。

进一步的，绝缘陶瓷为环形柱体，中间设置有气体通道。

进一步的，空间电推力器工作时，工质气体从下到上依次通过气路管路、下屏蔽罩气体通道、绝缘陶瓷气体通道以及上屏蔽罩气体通道，进入到气体分配器中。

进一步的，气体分配器和气路管路的制作材料均为金属材料。

进一步的，耐压可达1000V，漏率≤1×10^-8Pa·m³/s。

本发明提供的一种空间电推力器供气绝缘一体化结构，具有以下有益效果：

本发明采用了气体分配器和气路绝缘结构一体化的安装焊接方式，有效的降低了安装难度，提高了连接可靠性，规避了漏气风险，消除力学环境中管路断裂的风险，大幅提高了空间电推力器的可靠性，并且有效降低了推力器高度与空间尺寸、减轻重量、减少零件数量、降低了加工成本，满足商业航天多用户对小功率空间电推力器低成本、轻量化、高可靠的要求。

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空间电推力器供气绝缘一体化结构的示意图；

图2是根据本申请实施例提供的一种空间电推力器供气绝缘一体化结构的绝缘陶瓷的示意图；

图3是根据本申请实施例提供的一种空间电推力器供气绝缘一体化结构的上屏蔽罩的示意图；

图4是根据本申请实施例提供的一种空间电推力器供气绝缘一体化结构的下屏蔽罩的截面示意图；

图中：1-气体分配器、11-定位孔、2-上屏蔽罩、21-上屏蔽罩连接端、22-上屏蔽罩固定端、3-绝缘陶瓷、4-下屏蔽罩、41-下屏蔽罩连接端、42-下屏蔽罩固定端、5-气路管路。

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，本申请提供了一种空间电推力器供气绝缘一体化结构，包括气体分配器1以及气路绝缘结构，气路绝缘结构固定焊接在气体分配器1下端的定位孔11内。

具体的，本发明实施例提供的空间电推力器供气绝缘一体化结构主要应用在小功率的空间电推力器上，能够显著减小空间电推力器的体积、减轻重量、减少零件数量、降低加工成本，实现推力器小型化、轻量化、低成本、高可靠的需求。气体分配器1主要用于向放电室注入工质气体，同时提供等离子体放电并将正离子加速引出。气路绝缘结构主要用于抑制工质气体在进入气体分配器1过程中由于低气压放电引起的击穿，确保空间电推力器的正常工作，并且避免卫星结构带电。在本发明实施例中，先将气体分配器1的所有零件进行装配，组合成一个整体，然后将气路绝缘结构采用钎焊的方式直接固定焊接到气体分配器1下端的定位孔11内，使气路绝缘结构和气体分配器1成为一体化结构，有效的降低了安装难度，提高了连接的可靠性，规避了漏气的风险。

进一步的，气路绝缘结构包括上屏蔽罩2、绝缘陶瓷3、下屏蔽罩4以及气路管路5，其中：上屏蔽罩连接端21与气体分配器1下端的定位孔11连接；绝缘陶瓷3固定在上屏蔽罩固定端22和下屏蔽罩固定端42之间；下屏蔽罩连接端41与气路管路5连接。气路绝缘结构整体采用陶瓷绝缘的原理，将绝缘陶瓷3整体固定在上下屏蔽罩之间，然后通过上屏蔽罩2与气体分配器1连接，通过下屏蔽罩4与气路管路5连接，消除了力学环境中管路断裂的风险，使工质气体通过时处于绝缘的环境，避免了由于气压过低而产生的放电击穿现象。

具体的，对本发明实施例进行装配时，先将上屏蔽罩连接端21插入气体分配器1下端的定位孔11内，采用钎焊对其进行焊接固定，其次将绝缘陶瓷3套入上屏蔽罩2中，采用钎焊的焊接方式，使其固定在上屏蔽罩固定端22，然后将下屏蔽罩4装在绝缘陶瓷3上，采用钎焊的焊接方式，使下屏蔽罩固定端42与绝缘陶瓷3固定，最后将气路管路5插入下屏蔽罩连接端41，采用钎焊的焊接方式进行焊接固定。每一步焊接前后确认管路中没有堵塞后再进行下一步焊接，所有焊接过程均采用专用工装进行辅助定位，保证焊接后的垂直度及焊接的气密性。

进一步的，上屏蔽罩2和下屏蔽罩4的中间均设置有气体通道。上屏蔽罩2和下屏蔽罩4均包括连接端和固定端，中间均设置有气体通道，用于工质气体的流动。上屏蔽罩连接端21用于和气体分配器1的定位孔11连接，固定端22用于固定绝缘陶瓷3，下屏蔽罩连接端41用于和气路管路5连接，固定端42用于支撑绝缘陶瓷3。

进一步的，绝缘陶瓷3为环形柱体，中间设置有气体通道。绝缘陶瓷3设置在上下屏蔽罩之间，中间设置有气体通道，用于工质气体的流动传输，为工质气体的传输提供绝缘环境。

进一步的，空间电推力器工作时，工质气体从下到上依次通过气路管路5、下屏蔽罩4气体通道、绝缘陶瓷3气体通道以及上屏蔽罩2气体通道，进入到气体分配器1中。工质气体从下到上沿气体通道进行流动传输，在进入气体分配器1前会处于绝缘的环境，避免了由于气压过低而产生的放电击穿现象。

进一步的，气体分配器1和气路管路5的制作材料均为金属材料。气体分配器1和气路管路5可以采用导电的金属材料制作，可以有效的提高空间电推力器的性能和使用寿命。

进一步的，耐压可达1000V，漏率≤1×10^-8Pa·m³/s。采用本发明实施例供气绝缘一体化结构的空间电推力器，承受的压力可以达到1000V，并且漏气率≤1×10^-8Pa·m³/s，规避了漏气的风险，提高了空间推力器的使用寿命。

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

1.一种空间电推力器供气绝缘一体化结构，其特征在于，包括气体分配器以及气路绝缘结构，所述气路绝缘结构固定焊接在所述气体分配器下端的定位孔内；所述气路绝缘结构包括上屏蔽罩、绝缘陶瓷、下屏蔽罩以及气路管路，其中：

所述上屏蔽罩连接端与所述气体分配器下端的定位孔连接；

所述绝缘陶瓷固定在所述上屏蔽罩固定端和所述下屏蔽罩固定端之间；

所述下屏蔽罩连接端与所述气路管路连接。

2.如权利要求1所述的空间电推力器供气绝缘一体化结构，其特征在于，所述上屏蔽罩和所述下屏蔽罩的中间均设置有气体通道。

3.如权利要求2所述的空间电推力器供气绝缘一体化结构，其特征在于，所述绝缘陶瓷为环形柱体，中间设置有气体通道。

4.如权利要求3所述的空间电推力器供气绝缘一体化结构，其特征在于，空间电推力器工作时，工质气体从下到上依次通过所述气路管路、所述下屏蔽罩气体通道、所述绝缘陶瓷气体通道以及所述上屏蔽罩气体通道，进入到所述气体分配器中。

5.如权利要求1所述的空间电推力器供气绝缘一体化结构，其特征在于，所述气体分配器和所述气路管路的制作材料均为金属材料。

6.如权利要求1所述的空间电推力器供气绝缘一体化结构，其特征在于，耐压可达1000V，漏率≤1×10^-8Pa·m³/s。