CN113464390B - 一种组合解耦式电流体推力器 - Google Patents
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Abstract
一种组合解耦式电流体推力器，包括：电离电极、绝缘介质层、发射电极、收集电极、电离电源和加速电源，其中，所述绝缘介质层包覆所述电离电极，所述电离电极与所述发射电极平行设置，所述发射电极与所述收集电极沿着气体的流动方向设置，所述电离电极与所述电离电源正极连接，所述发射电极分别与所述加速电源正极和所述电离电源负极连接，所述收集电极与所述加速电源负极连接。本申请实现环境中性粒子电离与带电粒子加速的解耦，大幅提升电流体推力器的推进性能。
Description
技术领域
本发明属于电流体推力器技术领域，具体涉及一种组合解耦式电流体推力器。
背景技术
电流体推力器是一种无活动部件、无需自携带推进剂的新型推力器，在临近空间飞行器、低/超低轨道卫星、火星探测器等稀薄大气环境内的飞行器上具有广泛的应用价值，但是较其他推力器，电流体推力器能量转换效率较低，主要体现为电流体推力器的环境中性粒子的电离过程和带电粒子加速过程无法有效的分开控制，极大地限制了电流体推力器的宏观性能与应用性。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种组合解耦式电流体推力器，包括：电离电极、绝缘介质层、发射电极、收集电极、电离电源和加速电源，其中，所述绝缘介质层包覆所述电离电极，所述电离电极与所述发射电极平行设置，所述发射电极与所述收集电极沿着气体的流动方向设置，所述电离电极与所述电离电源正极连接，所述发射电极分别与所述加速电源正极和所述电离电源负极连接，所述收集电极与所述加速电源负极连接。
优选地，所述绝缘介质层的外径为0.8mm-1.2mm。
优选地，所述绝缘介质层为FEP或ETFE材质。
优选地，所述发射电极的曲率半径小于所述收集电极的曲率半径。
优选地，所述电离电极的外径为0.2mm-0.4mm。
优选地，所述发射电极的外径为0.2mm-0.4mm。
优选地，所述收集电极的外径为10mm-40mm。
优选地，所述电离电极与所述发射电极的距离为0.5mm-2mm。
优选地，所述发射电极与所述收集电极的距离为50mm-200mm。
优选地，所述电离电源的频率范围为1kHz-150kHz。
本申请提供的一种组合解耦式电流体推力器，将电离电极与电离电源正极连接，发射电极与加速电源正极、电离电源负极连接，收集电极与加速电源负极连接；电离电极与发射电极之间的区域为环境中性粒子电离区，发射电极与收集电极之间的区域为带电粒子加速区；通过调整电离电源频率、输出电压或电离电极与发射电极的距离提高环境中性粒子电离区的带电粒子浓度；通过调整加速电源的输出电压或发射电极与收集电极的距离改变带电粒子加速区的电场强度，使带电粒子在带电粒子加速区中的运动过程完全与中性粒子发生碰撞并完成能量交换，实现环境中性粒子电离与带电粒子加速的解耦，大幅提升电流体推力器的推进性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种组合解耦式电流体推力器的原理示意图；
图2为本发明提供的一种组合解耦式电流体推力器的测试示意图；
符号说明：11-电离电极，12-绝缘介质层，13-发射电极，14-收集电极，2-电离电源，3-加速电源，41-示波器，42-电流互感器，43-高压探头，5-粒子风速仪。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
如图1，在本申请实施例中，本发明提供了一种组合解耦式电流体推力器，包括：电离电极11、绝缘介质层12、发射电极13、收集电极14、电离电源2和加速电源3，其中，所述绝缘介质层12包覆所述电离电极11，所述电离电极11与所述发射电极13平行设置，所述发射电极13与所述收集电极14沿着气体的流动方向设置，所述电离电极11与所述电离电源2正极连接，所述发射电极13分别与所述加速电源3正极和所述电离电源2负极连接，所述收集电极14与所述加速电源3负极连接。
本申请提供的组合解耦式电流体推力器通过调整所述电离电源2频率、输出电压或电离电极11与发射电极13的距离而提高环境中性粒子电离区的带电粒子浓度；通过调整所述加速电源3的输出电压或发射电极13与收集电极14的距离改变带电粒子加速区的电场强度，从而使带电粒子在带电粒子加速区中的运动过程完全与中性粒子发生碰撞并完成能量交换，提升电流体推力器的性能。
在本申请实施例中，所述绝缘介质层12的外径为0.8mm-1.2mm。
在本申请实施例中，所述绝缘介质层12为FEP或ETFE材质。
在本申请实施例中，所述绝缘介质层12为FEP、ETFE等轻质高绝缘性管状物。
在本申请实施例中，所述发射电极13的曲率半径小于所述收集电极14的曲率半径。
在本申请实施例中，所述电离电极11与发射电极13的曲率半径相近。
在本申请实施例中，所述电离电极11的外径为0.2mm-0.4mm，为镀银铜包铝、碳纳米管等轻质高导电率丝状物。
在本申请实施例中，所述发射电极13的外径为0.2mm-0.4mm，为镀银铜包铝、碳纳米管等轻质高导电率丝状物。
在本申请实施例中，所述收集电极14的外径为10mm-40mm，为镀银铜包铝、碳纳米管等轻质高导电率丝状物。
在本申请实施例中，所述电离电极11与所述发射电极13的距离为0.5mm-2mm。
在本申请实施例中，所述发射电极13与所述收集电极14的距离为50mm-200mm。
在本申请实施例中，所述收集电极14为NACA 0010等翼型，外部喷镀或覆盖镀银铜包铝、碳纳米管等轻质高导电率物体。
在本申请实施例中，所述电离电极11与发射电极13之间的区域为环境中性粒子电离区，所述发射电极13与收集电极14之间的区域为带电粒子加速区；所述电离电极11与发射电极13的距离可调，距离为1mm；所述发射电极13与收集电极14的距离可调，距离为80mm。
在本申请实施例中，所述电离电源2的频率范围为1kHz-150kHz。
在本申请实施例中，所述电离电极11和绝缘介质层12为单个或多个，为多个时可为并联设置。所述发射电极13与收集电极14位于同一直线上。
在本申请实施例中，所述环境气体为氮气、氧气、二氧化碳、臭氧中的一种或几种组合。
如图2，在本申请实施例中，当对本申请提供的一种组合解耦式电流体推力器进行测试时，所述电流互感器42的一次侧分别与电离电极11、收集电极14连接，所述电流互感器42的二次侧与示波器41连接；所述高压探头43的正负极分别与电离电源2、直流电源相连接；所述示波器41用于显示所述电流互感器的二次侧电流和高压探头的电压；所述的粒子风速仪5，用于测量带电粒子的喷出速度，从而计算推力器产生的推力。
本申请提供的一种组合解耦式电流体推力器，将电离电极与电离电源正极连接，发射电极与加速电源正极、电离电源负极连接，收集电极与加速电源负极连接；电离电极与发射电极之间的区域为环境中性粒子电离区，发射电极与收集电极之间的区域为带电粒子加速区；通过调整电离电源频率、输出电压或电离电极与发射电极的距离提高环境中性粒子电离区的带电粒子浓度；通过调整加速电源的输出电压或发射电极与收集电极的距离改变带电粒子加速区的电场强度，使带电粒子在带电粒子加速区中的运动过程完全与中性粒子发生碰撞并完成能量交换，实现环境中性粒子电离与带电粒子加速的解耦，大幅提升电流体推力器的推进性能。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (10)
1.一种组合解耦式电流体推力器，其特征在于，包括：电离电极(11)、绝缘介质层(12)、发射电极(13)、收集电极(14)、电离电源(2)和加速电源(3)，其中，所述绝缘介质层(12)包覆所述电离电极(11)，所述电离电极(11)与所述发射电极(13)平行设置，所述发射电极(13)与所述收集电极(14)沿着气体的流动方向设置，所述电离电极(11)与所述电离电源(2)正极连接，所述发射电极(13)分别与所述加速电源(3)正极和所述电离电源(2)负极连接，所述收集电极(14)与所述加速电源(3)负极连接。
2.根据权利要求1所述的组合解耦式电流体推力器，其特征在于，所述绝缘介质层(12)的外径为0.8mm-1.2mm。
3.根据权利要求2所述的组合解耦式电流体推力器，其特征在于，所述绝缘介质层(12)为FEP或ETFE材质。
4.根据权利要求1所述的组合解耦式电流体推力器，其特征在于，所述发射电极(13)的曲率半径小于所述收集电极(14)的曲率半径。
5.根据权利要求1所述的组合解耦式电流体推力器，其特征在于，所述电离电极(11)的外径为0.2mm-0.4mm。
6.根据权利要求1所述的组合解耦式电流体推力器，其特征在于，所述发射电极(13)的外径为0.2mm-0.4mm。
7.根据权利要求1所述的组合解耦式电流体推力器，其特征在于，所述收集电极(14)的外径为10mm-40mm。
8.根据权利要求1所述的组合解耦式电流体推力器，其特征在于，所述电离电极(11)与所述发射电极(13)的距离为0.5mm-2mm。
9.根据权利要求1所述的组合解耦式电流体推力器，其特征在于，所述发射电极(13)与所述收集电极(14)的距离为50mm-200mm。
10.根据权利要求1所述的组合解耦式电流体推力器，其特征在于，所述电离电源(2)的频率范围为1kHz-150kHz。
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