CN114017274B - 霍尔推力器外磁极保护盖板 - Google Patents

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Abstract

霍尔推力器外磁极保护盖板，属于霍尔推力器领域，本发明为解决现有磁极保护盖板无法对永磁体磁极进行热量防护，及阻挡等离子对阴极的轰击，进而影响霍尔推力器寿命的问题。本发明包括水平盖板、外立板和内立板，水平盖板为圆环形水平板，外立板和内立板为圆环形立板；水平盖板的外圆周与外立板固定连接，外立板超出水平盖板的上方圆环作为阴极防护环，外立板超出水平盖板的下方圆环作为磁极外防护环；水平盖板的内圆周与内立板固定连接，内立板上端与水平盖板上表面平齐，内立板超出水平盖板下方圆环作为磁极内防护环；水平盖板安装于霍尔推力器的外磁极上方，并通过平行的磁极外防护环、磁极内防护环令水平盖板与外磁极之间形成隔热间隙。

Description

霍尔推力器外磁极保护盖板
技术领域
本发明涉及一种磁极盖板结构，属于霍尔推力器领域。
背景技术
霍尔推力器(Hall Effect Thruster，简称HET)是一种利用正交电磁场电离和加速原子工质，将电能转换为离子动能，获得较高比冲的电推力器。它具有结构简单、比冲高、效率高、工作寿命长、功率密度高、在轨服役时间长等特点，适用于各类航天器的姿态控制、轨道修正、轨道转移、动力补偿、位置保持、重新定位、离轨处理、宇宙探测和星际航行等任务，是目前国际上应用最多最成熟的电推进系统。
霍尔推力器工作原理为两个半径不同的陶瓷套管组成环形等离子放电通道约束等离子体运动，内外磁极(励磁线圈或永磁环)和磁屏的共同配合在放电通道内产生磁场，阴极发射的电子进入放电通道内在正交电磁场的作用下作霍尔漂移运动，从放电通道底部注入的推进剂与电子发生碰撞产生离子，离子在放电通道中被电离和加速向后喷出产生推力。
霍尔推力器的长寿命技术是未来发展趋势，磁屏蔽技术很好地解决了陶瓷通道侵蚀问题，但是相应的带来了磁极侵蚀问题。所述磁屏蔽技术包括在内外磁极上加装保护盖板，现有内外磁极采用的保护盖板一般为平板式结构，这种结构不能阻挡等离子对设置在外磁极外侧的阴极的轰击；霍尔推力器在工作过程中，等离子在放电通道内运动产生大量的热量，一旦这种热辐射过度影响永磁体使其温升过高，则会影响永磁体的导磁性能，导致工作不稳，现有的磁极保护盖板不能降低磁路温度，无法对永磁体磁极的进行热量防护，进而影响霍尔推力器的寿命。
发明内容
本发明目的是为了解决平板式磁极保护盖板无法对永磁体磁极进行热量防护，及阻挡等离子对阴极的轰击，进而影响霍尔推力器寿命的问题，提供了一种霍尔推力器外磁极保护盖板。降低等离子体与磁极相互作用，延长推力器寿命。
本发明所述霍尔推力器外磁极保护盖板，包括水平盖板1-4、外立板和内立板，所述水平盖板1-4为圆环形水平板，所述外立板和内立板为圆环形立板；
水平盖板1-4的外圆周与外立板固定连接，所述外立板超出水平盖板1-4的上方圆环作为阴极防护环1-1，所述外立板超出水平盖板1-4的下方圆环作为磁极外防护环1-2；
水平盖板1-4的内圆周与内立板固定连接，内立板上端与水平盖板1-4上表面平齐，内立板超出水平盖板1-4下方圆环作为磁极内防护环1-3；
所述水平盖板1-4安装于霍尔推力器的外磁极上方，并通过磁极外防护环1-2、磁极内防护环1-3两个同心圆环构建水平盖板1-4与外磁极之间的隔热间隙；
位于外磁极外部的阴极的顶端不超过阴极防护环1-1。
优选地，水平盖板1-4上沿周向均布2n个沉头螺栓孔1-5，用于水平盖板1-4与外磁极支撑架之间的安装，n≥4。
优选地，水平盖板1-4采用钛合金板。
优选地，内立板与水平盖板1-4交界处倒45度斜角。
优选地，磁极外防护环1-2的底端高于磁极内防护环1-3的底端1～3mm。
优选地，阴极防护环1-1的轴向高度大于或者等于霍尔推力器阴极的轴向高度。
优选地，外立板的外环面自上而下形成向内收缩的弯折，弯折区域位于与水平盖板1-4重合处。
优选地，水平盖板1-4、外立板和内立板为一体件。
本发明的有益效果：通过采用圆环形盖板，靠近外磁极两侧的圆环形内挡板和圆环形外挡板，以及外侧靠近阴极的阴极挡板结构，不仅可以起到保护磁极和阴极等磁路结构，避免高能离子对其侵蚀导致的磁场分布偏离设计值的问题，同时还能起到降低放电通道和阴极对磁极的热辐射，降低磁路温度，同时采用了沉头螺钉连接盖板和推力器支架，使得盖板端面平整，无凸起，降低了与等离子体的相互作用。此外，还有利于保护阴极免受高能离子的溅射侵蚀，从而延长阴极的使用寿命，从而提高了霍尔推力器整体运行的可靠性。
附图说明
图1是本发明所述霍尔推力器外磁极保护盖板的立体结构示意图，俯视视角；
图2是本发明所述霍尔推力器外磁极保护盖板的立体结构示意图，仰视视角；
图3是图1的纵剖图，未剖螺栓孔；
图4是图1的纵剖图，剖螺栓孔。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述霍尔推力器外磁极保护盖板，包括水平盖板1-4、外立板和内立板，所述水平盖板1-4为圆环形水平板，所述外立板和内立板为圆环形立板；
水平盖板1-4的外圆周与外立板固定连接，所述外立板超出水平盖板1-4的上方圆环作为阴极防护环1-1，所述外立板超出水平盖板1-4的下方圆环作为磁极外防护环1-2；
水平盖板1-4的内圆周与内立板固定连接，内立板上端与水平盖板1-4上表面平齐，内立板超出水平盖板1-4下方圆环作为磁极内防护环1-3；
所述水平盖板1-4安装于霍尔推力器的外磁极上方，并通过平行的磁极外防护环1-2、磁极内防护环1-3两个同心圆环构建水平盖板1-4与外磁极之间的隔热间隙；
位于外磁极外部的阴极的顶端不超过阴极防护环1-1。
水平盖板1-4上沿周向均布2n个沉头螺栓孔1-5，用于水平盖板1-4与外磁极支撑架之间的安装，n≥4。
磁极外防护环1-2的底端高于磁极内防护环1-3的底端1～3mm。
外立板的外环面自上而下形成向内收缩的弯折，弯折区域位于与水平盖板1-4重合处。
水平盖板1-4、外立板和内立板为一体件。
以n＝4为实施例进行说明，本实施方式的水平方向为径向，上下方向为轴向，水平盖板1-4上均布八个沉头螺栓孔1-5，霍尔推力器的陶瓷通道内侧设置内磁极，陶瓷通道外侧设置外磁极，外磁极由外磁极支撑架支撑，外磁极上方设置本实施方式所述的霍尔推力器外磁极保护盖板，本实施方式水平盖板1-4采用钛合金板，钛合金溅射系数比纯铁(磁极材料)小。
同时，在外磁极外侧设置了阴极，阴极防护环1-1的轴向高度大于或者等于霍尔推力器阴极的轴向高度，此处的外置阴极最大轴向位置和阴极防护环1-1的轴向高度基本一致，保证既能起到降低等离子体对阴极的轰击的作用，种子电子又容易沿着磁力线进入放电通道，保证了霍尔推力器整体运行的可靠性。增加的阴极防护环1-1降低了等离子体对阴极的轰击，在一定程度上增加了阴极使用寿命，保证了霍尔推力器整体运行的可靠性。
本实施方式还增加了热辐射防护，等离子在陶瓷通道进行轰击溅射时会产生大量的热量，对周边其它部件进行热辐射，若外磁极(励磁线圈或永磁铁)被该热辐射过度影响导致温升过高的话，会影响其磁路温度，进而降低其稳定性及寿命，本实施方式利用磁极外防护环1-2、磁极内防护环1-3的轴向高度，令水平盖板1-4与外磁极之间不再是紧密接触，而是形成了一定空间作为隔热间隙，可有效避免热辐射对磁极的影响。
本实施方式采用沉头螺栓将水平盖板1-4与外磁极支撑架(推力器支架的一部分)固定，使得水平盖板1-4端面平整，无凸起，降低了与等离子体的相互作用。
磁极保护盖板的靠近放电通道的内侧处倒45度斜角，即在内立板与水平盖板1-4交界处倒45度斜角，其目的是为了便于陶瓷通道的安装。

Claims (8)

1.霍尔推力器外磁极保护盖板，其特征在于，包括水平盖板(1-4)、外立板和内立板，所述水平盖板(1-4)为圆环形水平板，所述外立板和内立板为圆环形立板；
水平盖板(1-4)的外圆周与外立板固定连接，所述外立板超出水平盖板(1-4)的上方圆环作为阴极防护环(1-1)，所述外立板超出水平盖板(1-4)的下方圆环作为磁极外防护环(1-2)；
水平盖板(1-4)的内圆周与内立板固定连接，内立板上端与水平盖板(1-4)上表面平齐，内立板超出水平盖板(1-4)下方圆环作为磁极内防护环(1-3)；
所述水平盖板(1-4)安装于霍尔推力器的外磁极上方，用于防止等离子对外磁极的轰击；并通过磁极外防护环(1-2)、磁极内防护环(1-3)两个同心圆环构建水平盖板(1-4)与外磁极之间的隔热间隙，所述隔热间隙用于降低放电通道和阴极对磁极的热辐射；
位于外磁极外部的阴极的顶端不超过阴极防护环(1-1)，所述阴极防护环(1-1)用于防止等离子对设置在外磁极外侧的阴极的轰击。
2.根据权利要求1所述霍尔推力器外磁极保护盖板，其特征在于，水平盖板(1-4)上沿周向均布2n个沉头螺栓孔(1-5)，用于水平盖板(1-4)与外磁极支撑架之间的安装，n≥4。
3.根据权利要求1所述霍尔推力器外磁极保护盖板，其特征在于，水平盖板(1-4)采用钛合金板。
4.根据权利要求1所述霍尔推力器外磁极保护盖板，其特征在于，内立板与水平盖板(1-4)交界处倒45度斜角。
5.根据权利要求1所述霍尔推力器外磁极保护盖板，其特征在于，磁极外防护环(1-2)的底端高于磁极内防护环(1-3)的底端1～3mm。
6.根据权利要求1所述霍尔推力器外磁极保护盖板，其特征在于，阴极防护环(1-1)的轴向高度大于或者等于霍尔推力器阴极的轴向高度。
7.根据权利要求1所述霍尔推力器外磁极保护盖板，其特征在于，外立板的外环面自上而下形成向内收缩的弯折，弯折区域位于与水平盖板(1-4)重合处。
8.根据权利要求1所述霍尔推力器外磁极保护盖板，其特征在于，水平盖板(1-4)、外立板和内立板为一体件。
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