CN113438786B - 一种用于收集空间热等离子体的装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于空间等离子体探测设备技术领域，具体地说，涉及一种用于收集空间热等离子体的装置，包括：圆盖(1)、外电极板(2)、上电极环(3)、下电极环(4)、偏转板(5)、内电极板(6)和绝缘底架(7)；圆盖(1)设置在外电极板(2)的顶部；圆盖(1)与外电极板(2)之间的中部形成的圆柱状腔体内，由上向下顺序设置上电极环(3)和下电极环(4)，且二者的外壁上增设多个呈圆周分布的第一固定块(9)，下电极环(4)内还增设偏转板(5)；外电极板(2)的中部套装有内电极板(6)，外电极板(2)的底部和内电极板(6)的底部之下设置绝缘底架(7)；本发明的装置结构简单，重量轻，使更多方向的等离子体得以入射。

Description

一种用于收集空间热等离子体的装置

技术领域

本发明属于空间等离子体探测设备技术领域，具体地说，涉及一种用于收集空间热等离子体的装置。

背景技术

地球空间、行星际以及太阳系其他行星空间的深空到处都存在具有一定能量(速度)的空间热等离子体，其包括：电子、离子和未电离的中性粒子。空间热等离子体的探测可以让人们更好地认识日地空间的物理现象，对研究空间环境的演化和对未知的探索具有重要意义，有助于人类深入认识日地空间相互作用与能量耦合规律。空间等离子体的研究促进了太阳-行星际-地球磁层-近地空间扰动因果链研究的发展，进而有效预报空间天气。

目前，现有的用于收集空间热等离子体的装置，其重量非常重，且入射口单一，无法实现360度的空间热等离子体的入射；且在空间站上，由于各个部件非常不稳定，从而影响收集效果。

发明内容

为解决现有技术存在的上述缺陷，本发明提出了一种用于收集空间热等离子体的装置，该装置包括：圆盖、外电极板、上电极环、下电极环、偏转板、内电极板和绝缘底架；

圆盖设置在外电极板的顶部，圆盖与外电极板之间增设绝缘垫片；圆盖与外电极板之间的中部形成的圆柱状腔体内，由上向下顺序设置上电极环和下电极环，上电极环和下电极环之间相隔设置，且二者的外壁上增设多个呈圆周分布的第一固定块，下电极环内还增设偏转板，且该偏转板通过上述多个呈圆周分布的第一固定块固定，并设置在外电极板的顶部；

外电极板的中部套装有内电极板，且外电极板的内壁和内电极板的外壁之间形成等离子体的收集通道；

外电极板的底部和内电极板的底部之下设置绝缘底架；

外电极板的顶部和圆盖之间通过固定装置进行固定，外电极板的底部和内电极板的底部与绝缘底架之间通过固定装置进行固定。

作为上述技术方案的改进之一，所述圆盖呈草帽状结构，其包括：圆帽筒部和圆盖法兰；

圆帽筒部设置在圆盖法兰的中部，二者是一体式结构；圆帽筒部的帽檐沿径向方向向外延伸，形成圆盖法兰；圆盖法兰的中部开设圆孔；

圆帽筒部的帽檐处开设多个呈圆周分布的入射口，且相邻入射口之间通过保留在圆帽筒部形成的凸起隔开；

圆帽筒部内开设上环形凹槽，且外环的内壁和内环的外壁的相对位置处分别增设多个呈圆周分布的第二固定块。

作为上述技术方案的改进之一，所述外电极板包括：顶圆法兰、碗状部件和底盘法兰；碗状部件倒置在顶圆法兰和底盘法兰之间，且顶圆法兰和底盘法兰之间平行设置，三者是一体式结构；

以碗状部件的顶部的中心为圆心，沿径向方向，向外延伸，形成顶圆法兰，以碗状部件的底部的中心为圆心，沿径向方向，向外延伸，形成底盘法兰，且该碗状部件的开口方向朝向底盘法兰；

碗状部件的顶部的中部设有圆孔，顶圆法兰的顶部的中部开设圆孔，二者的顶部的中部贯通，形成收集通道的偏转口，该偏转口外沿径向方向向外增设圆环凸起，该圆环凸起外增设下环形凸槽，将下电极环固定在其内，且圆环凸起与下环形凸槽之间设置下沉凹槽，将部分第一固定块固定在其内，该圆环凸起的外壁与下环形凸槽的内环内壁的相对位置处增设多个成圆周分布的第三固定块，下环形凸槽的外环内壁上增设多个呈圆周分布的第四固定块。

作为上述技术方案的改进之一，碗状部件的外壁上增设加强筋。

作为上述技术方案的改进之一，所述偏转板设置在部分第一固定块内，且该部分第一固定块设置在圆环凸起与下环形凸槽之间设置的下沉凹槽内，并通过第三固定块将其进行固定；该偏转板为中部开设圆孔的圆盘结构，其包括：上圆周壁和圆环片：

圆环片的外圆周上倾斜设置上圆周壁，形成倾斜的外壁结构；其中，倾斜的角度为145°-160°：

圆环片通过部分第一固定块固定在圆环凸起与下环形凸槽之间。

作为上述技术方案的改进之一，所述第一固定块包括：第一夹持部、第二夹持部、第三夹持部、夹板和限位块；

第一夹持部与第二夹持部相对设置，二者形成夹持件，该夹持件具有上夹持口和下夹持口，分别对应地夹住上电极环和下电极环；

沿垂直于第一夹持部的外侧的方向垂直延伸一夹板，该夹板的端部的底部增设斜面，形成直钩结构，且夹板的底部，靠近第一夹持部处，向下垂直延伸第三加持部，夹板、第三夹持部和限位块形成夹持件，夹住偏转板。

作为上述技术方案的改进之一，第三加持部包括：直角梯形段和水平段；

直角梯形段的斜面的末端沿水平方向延伸水平段，直角梯形段的斜面和水平段的平面均为弧形面；

限位块包括：挡块和限位板；挡块的底部沿水平方向延伸限位板，二者形成L形结构；挡块的顶部沿水平方向延伸一三角形凸台，形成横截面为三角钩结构，且在其中部挖空，形成一个缺口；限位板的一端设有固定块，与该水平段的底部上设置的滑道，滑动连接固定，

挡块的底部设有凹槽，与直角梯形段的底部设有的凹槽，卡接于设置在外电极板顶部上的第三固定块。

作为上述技术方案的改进之一，所述内电极板呈碗状结构，并倒置在绝缘底架上，且套设在外电极板的碗状部件内，碗状部件的内壁与内电极板的外壁形成收集通道，供等离子体穿过，并在出射口射出。

作为上述技术方案的改进之一，内电极板的内壁增设加强筋。

作为上述技术方案的改进之一，所述绝缘底架包括：外环底架、内环底架和多个隔块；

外环底架内设内环底架，形成环形结构，内电极板通过多个紧固螺栓固定在内环底架，外电极板的底部通过多个紧固螺栓固定在外环底架上；

外环底架的内壁与内环底架的外壁之间设置多个呈圆周分布的隔块，将外环底架和内环底架固定在一起，相邻两个隔块之间形成弧形的出射口，该出射口对应外电极板和内电极板之间形成的收集通道，将收集的空间热等离体子体从出射口射出。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

1、本发明的装置结构简单，且重量轻，能够减少对360°入射窗口的遮挡，使更多方向的空间热等离子体得以入射，保证将更多的空间热等离子体收集至收集通道；

2、通过采用具有限位功能的固定块，对偏转板、上电极环、下电极环、外电极板和内电极板进行固定，避免了大面积固定结构甚至是与偏转板等量的环状固定件的使用，很大程度地简化了结构，使其进一步轻量化，同时使得各个部件之间达到非常稳定的目的，特别是在空间站的环境下；

3、采用具有间隔作用的凸起和隔块，并使其统一在相同的角度，大程度减少了对入射窗口的遮挡，可以获得更全面的数据结构，提升了探测效率和收集效率，也优化了数据采集模式，减少数据采集的损失；

4、采用金属3D打印的方式，对外电极板的外壁和内电极板的内壁增设加强筋，使得形成的收集通道，在保证工作表面光滑、保证工作效果的前提下，使用尽可能少的材料，提高该零部件的力学强度，进一步实现航天产品的轻量化设计；同时也避免了加工过程中出现薄壁形变的问题。

附图说明

图1是本发明的一种用于收集空间热等离子体的装置的剖面图；

图2是图1是本发明的一种用于收集空间热等离子体的装置的圆盖的结构示意图；

图3是图2是本发明的一种用于收集空间热等离子体的装置的圆盖的侧视图；

图4是图2是本发明的一种用于收集空间热等离子体的装置的圆盖的底视图；

图5是图1是本发明的一种用于收集空间热等离子体的装置的外电极板的结构示意图；

图6是图1是本发明的一种用于收集空间热等离子体的装置的外电极板的侧视图；

图7是图5是本发明的一种用于收集空间热等离子体的装置的外电极板的俯视图；

图8是图1是本发明的一种用于收集空间热等离子体的装置的偏转板的结构示意图；

图9是图1是本发明的一种用于收集空间热等离子体的装置的第一固定块的结构示意图；

图10是图9是本发明的一种用于收集空间热等离子体的装置的第一固定块的限位块的结构示意图；

图11是图1是本发明的一种用于收集空间热等离子体的装置的内电极板的结构示意图；

图12是图1是本发明的一种用于收集空间热等离子体的装置的内电极板的底视图；

图13是图1是本发明的一种用于收集空间热等离子体的装置的绝缘底架的结构示意图。

附图标记：

1、圆盖 2、外电极板

3、上电极环 4、下电极环

5、偏转板 6、内电极板

7、绝缘底架 8、绝缘垫片

9、第一固定块 10、固定装置

11、圆帽筒部 12、圆盖法兰

13、帽檐 14、凸起

15、入射口 16、第二固定块

17、上环形凹槽

21、顶圆法兰 22、碗状部件

23、底盘法兰 24、圆环凸起

25、下环形凸槽 26、第三固定块

27、第四固定块

51、上圆周壁 52、圆环片

71、外环底架 72、内环底架

73、隔块 74、出射口

91、第一夹持部 92、第二夹持部

93、第三夹持部 94、上夹持口

95、下夹持口 96、夹板

97、限位块

931、直角梯形段 932、水平段

971、挡块 972、限位板

9711、三角形凸台 9712、固定块

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步的描述。

如图1所示，本发明提供了一种用于收集空间热等离子体的装置，该装置包括：圆盖1、外电极板2、上电极环3、下电极环4、偏转板5、内电极板6和绝缘底架7；

圆盖1设置在外电极板2的顶部，圆盖1与外电极板2之间增设绝缘垫片8；圆盖1与外电极板2之间的中部形成的圆柱状腔体内，由上向下顺序设置上电极环3和下电极环4，上电极环3和下电极环4之间相隔设置，且二者的外壁上增设多个呈圆周分布的第一固定块9，下电极环4内还增设偏转板5，且该偏转板5通过上述多个呈圆周分布的第一固定块9固定，并设置在外电极板2的顶部；

外电极板2的中部套装有内电极板6，且外电极板2的内壁和内电极板6的外壁之间形成等离子体的收集通道；

外电极板2的底部和内电极板6的底部之下设置绝缘底架7；

外电极板2的顶部和圆盖1之间通过固定装置10进行固定，外电极板2的底部和内电极板6的底部与绝缘底架7之间通过固定装置10进行固定。其中，固定装置10为固定螺栓和设置在外电极板2和内电极板6外部的螺纹孔配合连接，形成固定。

如图2、3和4所示，所述圆盖1呈草帽状结构，其包括：圆帽筒部11和圆盖法兰12；圆帽筒部11设置在圆盖法兰12的中部，二者是一体式结构；圆帽筒部11的帽檐13沿径向方向向外延伸，形成圆盖法兰12；圆盖法兰12的中部开设圆孔，该圆孔的直径小于圆帽筒部11的直径；

圆帽筒部11的帽檐13处开设多个呈圆周分布的入射口15，且相邻入射口15之间通过保留在圆帽筒部11形成的凸起14隔开，使得空间热等离子体能够从0-360度范围内从入射口15入射进来；

圆盖法兰的底部开设上环形凹槽17，且外环的内壁和内环的外壁的相对位置处分别增设多个呈圆周分布的第二固定块16，用于将上电极环3固定在其内，不会脱落。

如图5、6和7所示，所述外电极板2包括：顶圆法兰21、碗状部件22和底盘法兰23；碗状部件22倒置在顶圆法兰21和底盘法兰23之间，且顶圆法兰21和底盘法兰23之间平行设置，三者是一体式结构；

以碗状部件22的顶部的中心为圆心，沿径向方向，向外延伸，形成顶圆法兰21，以碗状部件22的底部的中心为圆心，沿径向方向，向外延伸，形成底盘法兰23，且该碗状部件的开口方向朝向底盘法兰；

碗状部件22的顶部的中部设有圆孔，顶圆法兰21的顶部的中部开设圆孔，二者的顶部的中部贯通，形成收集通道的偏转口，供入射进来的等离子体射入至偏转板5，经过偏转板5偏转进入收集通道；该偏转口外沿径向方向向外增设圆环凸起24，该圆环凸起24外增设下环形凸槽25，用于将下电极环4固定在其内，且圆环凸起24与下环形凸槽25之间设置下沉凹槽，将部分第一固定块9固定在其内，该圆环凸起24的外壁与下环形凸槽25的内环内壁的相对位置处增设多个成圆周分布的第三固定块26，下环形凸槽25的外环内壁上增设多个呈圆周分布的第四固定块27。

其中，碗状部件22的外壁上增设加强筋，防止所形成的收集通道在等离子体穿过的过程中形成温度变化导致的收集通道变形。

如图8所示，所述偏转板5设置在部分第一固定块9内，且该部分第一固定块9设置在圆环凸起24与下环形凸槽25之间设置的下沉凹槽内，并通过第三固定块26将其进行固定；该偏转板5为中部开设圆孔的圆盘结构，其包括：上圆周壁51和圆环片52：

圆环片52的外圆周上倾斜设置上圆周壁51，形成倾斜的外壁结构；其中，倾斜的角度为156.73°：

圆环片52通过部分第一固定块9固定在圆环凸起24与下环形凸槽25之间。

如图9所示，所述第一固定块9包括：第一夹持部91、第二夹持部92、第三夹持部93、夹板96和限位块97；

第一夹持部91与第二夹持部92相对设置，二者形成夹持件，该夹持件具有上夹持口94和下夹持口95，分别对应地夹住上电极环3和下电极环4；

沿垂直于第一夹持部91的外侧的方向垂直延伸一夹板96，该夹板96的端部的底部增设斜面，形成直钩结构，且夹板96的底部，靠近第一夹持部91处，向下垂直延伸第三加持部93，夹板96、第三夹持部93和限位块97形成夹持件，夹住偏转板5。

如图9和10所示，第三加持部93包括：直角梯形段931和水平段932；

直角梯形段931的斜面的末端沿水平方向延伸水平段932，直角梯形段931的斜面和水平段932的平面均为弧形面；

限位块97包括：挡块971和限位板972；挡块971的底部沿水平方向延伸限位板972，二者形成L形结构；挡块971的顶部沿水平方向延伸一三角形凸台9711，形成横截面为三角钩结构，且在其中部挖空，形成一个缺口，其目的是为了减重，使得整个装置的重量减轻；限位板972的一端设有固定块9712，与该水平段932的底部上设置的滑道，滑动连接固定；

挡块971的底部设有凹槽，与直角梯形段931的底部设有的凹槽，卡接于设置在外电极板2顶部上的第三固定块26。

如图11和12所示，所示内电极板6呈碗状结构，并倒置在绝缘底架9上，且套设在外电极板2的碗状部件22内，碗状部件22的内壁与内电极板9的外壁形成收集通道，供等离子体穿过，并在出射口74射出，再由外界的静电分析器采集等离子体进行相应的分析。

其中，内电极板6的内壁增设加强筋。

如图13所示，所述绝缘底架7包括：外环底架71、内环底架72和多个隔块73；

外环底架71内设内环底架72，形成环形结构，内电极板6通过多个紧固螺栓固定在内环底架72，外电极板2的底部通过多个紧固螺栓固定在外环底架71上；

外环底架71的内壁与内环底架72的外壁之间设置多个呈圆周分布的隔块73，将外环底架71和内环底架72固定在一起，相邻两个隔块73之间形成弧形的出射口74，该出射口74对应外电极板2和内电极板6之间形成的收集通道，将收集的空间热等离体子体从出射口74射出，并通过外界的静电分析器采集，进行后续的处理。

其中，在本实施例中，所述固定装置10为紧固螺栓。

其中，隔块73、第三固定块26、第一固定块9均在同一径向上，且角度相同，为了减少对入射口的遮挡；添加上外环底架71、内环底架72上的螺栓分布交错开，降低对整体部件强度的削弱程度。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种用于收集空间热等离子体的装置，其特征在于，该装置包括：圆盖(1)、外电极板(2)、上电极环(3)、下电极环(4)、偏转板(5)、内电极板(6)和绝缘底架(7)；

圆盖(1)设置在外电极板(2)的顶部，圆盖(1)与外电极板(2)之间增设绝缘垫片(8)；圆盖(1)与外电极板(2)之间的中部形成的圆柱状腔体内，由上向下顺序设置上电极环(3)和下电极环(4)，上电极环(3)和下电极环(4)之间相隔设置，且二者的外壁上增设多个呈圆周分布的第一固定块(9)，下电极环(4)内还增设偏转板(5)，且该偏转板(5)通过上述多个呈圆周分布的第一固定块(9)固定，并设置在外电极板(2)的顶部；

外电极板(2)的中部套装有内电极板(6)，且外电极板(2)的内壁和内电极板(6)的外壁之间形成等离子体的收集通道；

外电极板(2)的底部和内电极板(6)的底部之下设置绝缘底架(7)；

外电极板(2)的顶部和圆盖(1)之间通过固定装置(10)进行固定，外电极板(2)的底部和内电极板(6)的底部与绝缘底架(7)之间通过固定装置(10)进行固定；

所述圆盖(1)呈草帽状结构，其包括：圆帽筒部(11)和圆盖法兰(12)；

圆帽筒部(11)设置在圆盖法兰(12)的中部，二者是一体式结构；圆帽筒部(11)的帽檐(13)沿径向方向向外延伸，形成圆盖法兰(12)；圆盖法兰(12)的中部开设圆孔；

圆帽筒部(11)的帽檐(13)处开设多个呈圆周分布的入射口(15)，且相邻入射口(15)之间通过保留在圆帽筒部(11)形成的凸起(14)隔开；

圆帽筒部(11)内开设上环形凹槽(17)，且外环的内壁和内环的外壁的相对位置处分别增设多个呈圆周分布的第二固定块(16)；

所述外电极板(2)包括：顶圆法兰(21)、碗状部件(22)和底盘法兰(23)；碗状部件(22)倒置在顶圆法兰(21)和底盘法兰(23)之间，且顶圆法兰(21)和底盘法兰(23)之间平行设置，三者是一体式结构；

以碗状部件(22)的顶部的中心为圆心，沿径向方向，向外延伸，形成顶圆法兰(21)，以碗状部件(22)的底部的中心为圆心，沿径向方向，向外延伸，形成底盘法兰(23)，且该碗状部件的开口方向朝向底盘法兰；

碗状部件(22)的顶部的中部设有圆孔，顶圆法兰(21)的顶部的中部开设圆孔，二者的顶部的中部贯通，形成收集通道的偏转口，该偏转口外沿径向方向向外增设圆环凸起(24)，该圆环凸起(24)外增设下环形凸槽(25)，将下电极环(4)固定在其内，且圆环凸起(24)与下环形凸槽(25)之间设置下沉凹槽，将部分第一固定块(9)固定在其内，该圆环凸起(24)的外壁与下环形凸槽(25)的内环内壁的相对位置处增设多个成圆周分布的第三固定块(26)，下环形凸槽(25)的外环内壁上增设多个呈圆周分布的第四固定块(27)；

所述偏转板(5)设置在部分第一固定块(9)内，且该部分第一固定块(9)设置在圆环凸起(24)与下环形凸槽(25)之间设置的下沉凹槽内，并通过第三固定块(26)将其进行固定；该偏转板(5)为中部开设圆孔的圆盘结构，其包括：上圆周壁(51)和圆环片(52)：

圆环片(52)的外圆周上倾斜设置上圆周壁(51)，形成倾斜的外壁结构；其中，倾斜的角度为145°-160°；

圆环片(52)通过部分第一固定块(9)固定在圆环凸起(24)与下环形凸槽(25)之间；

所述内电极板(6)呈碗状结构，并倒置在绝缘底架(7 )上，且套设在外电极板(2)的碗状部件(22)内，碗状部件(22)的内壁与内电极板(6)的外壁形成收集通道，供等离子体穿过，并在出射口(74)射出；

所述绝缘底架(7)包括：外环底架(71)、内环底架(72)和多个隔块(73)；

外环底架(71)内设内环底架(72)，形成环形结构，内电极板(6)通过多个紧固螺栓固定在内环底架(72)，外电极板(2)的底部通过多个紧固螺栓固定在外环底架(71)上；

外环底架(71)的内壁与内环底架(72)的外壁之间设置多个呈圆周分布的隔块(73)，将外环底架(71)和内环底架(72)固定在一起，相邻两个隔块(73)之间形成弧形的出射口(74)，该出射口(74)对应外电极板(2)和内电极板(6)之间形成的收集通道，将收集的空间热等离体子体从出射口(74)射出。

2.根据权利要求1所述的用于收集空间热等离子体的装置，其特征在于，碗状部件(22)的外壁上增设加强筋。

3.根据权利要求1所述的用于收集空间热等离子体的装置，其特征在于，所述第一固定块(9)包括：第一夹持部(91)、第二夹持部(92)、第三夹持部(93)、夹板(96)和限位块(97)；

第一夹持部(91)与第二夹持部(92)相对设置，二者形成夹持件，该夹持件具有上夹持口(94)和下夹持口(95)，分别对应地夹住上电极环(3)和下电极环(4)；

沿垂直于第一夹持部(91)的外侧的方向垂直延伸一夹板(96)，该夹板(96)的端部的底部增设斜面，形成直钩结构，且夹板(96)的底部，靠近第一夹持部(91)处，向下垂直延伸第三夹持部(93)，夹板(96)、第三夹持部(93)和限位块(97)形成夹持件，夹住偏转板(5)。

4.根据权利要求3所述的用于收集空间热等离子体的装置，其特征在于，第三夹持部(93)包括：直角梯形段(931)和水平段(932)；

直角梯形段(931)的斜面的末端沿水平方向延伸水平段(932)，直角梯形段(931)的斜面和水平段(932)的平面均为弧形面；

限位块(97)包括：挡块(971)和限位板(972)；挡块(971)的底部沿水平方向延伸限位板(972)，二者形成L形结构；挡块(971)的顶部沿水平方向延伸一三角形凸台(9711)，形成横截面为三角钩结构，且在其中部挖空，形成一个缺口；限位板(972)的一端设有固定块(9712)，与该水平段(932)的底部上设置的滑道，滑动连接固定，

挡块(971)的底部设有凹槽，与直角梯形段(931)的底部设有的凹槽，卡接于设置在外电极板(2)顶部上的第三固定块(26)。

5.根据权利要求1所述的用于收集空间热等离子体的装置，其特征在于，内电极板(6)的内壁增设加强筋。

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