CN114412740A - 霍尔推力器的轴对称进气结构 - Google Patents
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Abstract
霍尔推力器的轴对称进气结构，涉及航天电推进领域，为了解决工质气体进入放电通道内时呈非对称分布，造成非对称放电的影响。在霍尔推力器的磁极底板下部中心开设径向缓冲腔室沉槽，径向缓冲腔室盖板盖合到径向缓冲气路沉槽上形成闭合的径向缓冲腔室；磁极底板顶部和放电通道底部分别开设一号和二号轴向缓冲腔室沉槽，结合密封圈和榫卯结构构成闭合的轴向缓冲腔室；在放电通道底部构造气体注入结构；分别在磁极底板和放电通道底部构建周向均布的连通气孔，来连通径向缓冲腔室、轴向缓冲腔室和气体注入结构；工质气体依次通过进气管、径向缓冲腔室、轴向缓冲腔室和气体注入结构，最后轴对称的注入到放电通道中。用于轴对称的向放电通道内注入气体。
Description
技术领域
本发明涉及航天电推进技术领域。
背景技术
霍尔推力器是一种利用正交电磁场电离原子工质、加速生成的离子，将电能转换为离子动能的电推力器，具有结构简单、比冲高、效率高、可靠性高等优点，适用于各类航天器的姿态控制、位置保持、深空探测等任务，是目前国际上应用最成熟的电推进装置之一。
霍尔推力器工作时，工质气体需要被注入进放电通道，以维持推力器通道内的放电过程。工质气体注入到放电通道的理想状态为轴对称状态，以实现推力器的稳定放电，减小推力器放电因为工质非对称分布造成的放电震荡，以及消除工质非对称分布造成的非对称放电影响。
为了保证工质气体注入到放电通道内的轴对称状态，现有的设计方案都是采用气体分配器将工质气体注入到放电通道内，如图1所示。但是，采用气体分配器结构对于霍尔推力器有以下弊端：
(1)目前的气体分配器为了供气方便，采用单进气管进气，这会造成工质气体在周向上的不均匀分布：周向上，进气管所在位置的工质密度高于其他位置。为了实现供气的周向均匀分布，需要采用小孔径的气孔出气，以增大工质气体流出的阻力，进而实现工质气体在腔室内沿着周向扩散；小孔径气孔的设计对于出气孔的加工精度提出了更为严苛的要求。
(2)气体分配器的存在会占用一部分霍尔推力器的结构空间，并增加了霍尔推力器的整体重量。同时，单级腔室并不能实现均化效果，因此，气体分配器需要采用多级腔室结构，以更好的均化工质气体；但是，多级缓冲腔室将会增加气体分配器的空间尺寸，一般表现为轴向长度的增加，并增加霍尔推力器的整体重量，不利于航天器总体质量与成本控制。即使气体分配器采用多级缓冲腔室的结构，在工质气体由气体分配器注入到放电通道中时，还是不能实现轴对称分布。
(3)为了保证气体注入到放电通道的周向均匀性，需要保证气体分配器与放电通道之间的同心度，造成了气体分配器安装时的繁琐；同时，现有的霍尔推力器设计中，一般是采用三爪结构将气体分配器固定在磁路结构上，但在装配时，三点的压紧力可能存在不一致的情况，在霍尔推力器反复放电、熄火的过程中，可能造成气体分配器一点固定，其他点在气体分配器受热膨胀后，沿着径向出现蠕动的现象，继而不能保证气体分配器与放电通道之间的同心安装，并造成工质气体注入放电通道中时不能实现轴对称分布。
上述问题在大功率、大尺寸的霍尔推力器结构上变得尤为突出。而小功率、小尺寸霍尔推力器因为空间结构尺寸的限制，传统气体分配器的缓冲腔级数不能太多，也无法实现工质气体的轴对称分布。因此，为了规避上述问题，需要一种新的工质气体供给方案，实现工质气体注入放电通道时的轴对称分布。
综上，在霍尔推力器设计过程中，传统气体分配器供气的方案不能满足推力器设计中工质气体轴对称分布的要求，并造成推力器结构尺寸和重量的增加、弱化了推力器的放电稳定性。需要一种新的工质气体供给方案，实现工质气体注入放电通道时的轴对称分布。
发明内容
本发明的目的是为了解决霍尔推力器工质气体进入放电通道内时呈非对称分布，造成非对称放电影响的问题，提出了霍尔推力器的轴对称进气结构。
一种结构为：
霍尔推力器的轴对称进气结构，所述进气结构包括进气管1、径向缓冲腔室3、轴向缓冲腔室4和气体注入结构5；
径向缓冲腔室3包括径向缓冲腔室沉槽31、径向缓冲腔室盖板32和一号出气孔33；
在霍尔推力器的磁极底板12下部中心开设圆盘形的径向缓冲腔室沉槽31，径向缓冲腔室盖板32盖合到径向缓冲气路沉槽31上，并将接触边缝焊接、密封，形成完整的径向缓冲腔室3，进气管1与径向缓冲腔室盖板32中心垂直连接，工质气体从进气管1入口进入到径向缓冲气路沉槽31中；
轴向缓冲腔室4包括一号轴向缓冲腔室沉槽41、二号轴向缓冲腔室沉槽42和二号出气孔44；
磁极底板12顶部开设有环形的一号轴向缓冲腔室沉槽41，一号出气孔33从径向缓冲腔室沉槽31贯穿至一号轴向缓冲腔室沉槽41，且一号出气孔33沿一号轴向缓冲腔室沉槽41底部进行周向均布；
放电通道6的底部开设有环形的二号轴向缓冲腔室沉槽42，二号轴向缓冲腔室沉槽42扣合在一号轴向缓冲腔室沉槽41上；
放电通道6底部周向均匀开设有二号出气孔44，二号出气孔44的入口与二号轴向缓冲腔室沉槽42联通，二号出气孔44的出口与位于放电通道6内的环形气体注入结构5联通，通过气体注入结构5上周向均布的注入孔53将工质气体均匀注入到放电通道6内。
另一种结构为：
霍尔推力器的轴对称进气结构，该进气结构应用于镂空的磁极底板，所述进气结构包括进气管1、分流气路2、联通气路4和气体注入结构5；
分流气路2包括分流气路沉槽21、分流气路盖板22和分流气路出气孔23；
磁极底板12下部中心开设十字形的分流气路沉槽21，在每一个分流气路沉槽21的远端开设有一个贯穿磁极底板12的分流气路出气孔23，十字形的分流气路盖板22盖合到分流气路沉槽21上，并将接触边缝焊接、密封，形成完整的分流气路2；进气管1与分流气路盖板22中心垂直连接，工质气体从进气管1入口进入到分流气路2中，然后沿着径向流动到远端，从分流气路出气孔23流出；
联通气路4包括凹槽41、凸台43和过气通孔44；
磁极底板12上部的每个分流气路出气孔23位置开设有同心的圆形凹槽41，共4个；
放电通道6的底部开设4个处于同一圆上的圆形凸台43，与磁极底板12上部的4个圆形凹槽41一一对应，构成榫卯连接结构，每个圆形凸台43的中心位置上开着有贯穿放电通道6的过气通孔44，与分流气路出气孔23对接联通；
放电通道6底部安置有气体注入结构5；工质气体从分流气路出气孔23流出后，通过联通气路4进入气体注入结构5，从气体注入结构5上周向均布的注入孔53均匀注入到放电通道6内。
优选地，气体注入结构5采用一种气体注入结构5或另一种气体注入结构5实现，一种气体注入结构5包括环形体、气路沉槽51、肋脊52和注入孔53；
气路沉槽51包括第一气路沉槽51-1、第二气路沉槽51-2和第三气路沉槽51-3；
肋脊52包括第一肋脊52-1和第二肋脊52-2；
环形体设置在放电通道6内底面上；
环形体的底环面上从靠近内环至靠近外环依次布设为第一气路沉槽51-1、第一肋脊52-1、第二气路沉槽51-2、第二肋脊52-2和第三气路沉槽51-3；
第一肋脊52-1和第二肋脊52-2均为圆环形肋脊上均布缝隙的结构；
第三气路沉槽51-3上周向均匀布设注入孔53；
从二号出气孔44或过气通孔44出射的工质气体从第一气路沉槽51-1进入第一肋脊52-1间的缝隙，从该缝隙进入第二气路沉槽51-2，再由第二气路沉槽51-2进入第二肋脊52-2间的缝隙，从该缝隙进入第三气路沉槽51-3中的注入孔53，经过该注入孔53排出的工质气体均匀注入到放电通道6内；
另一种气体注入结构5包括环形体、气路沉槽51、肋脊52和注入孔53；
气路沉槽51包括第一气路沉槽51-1和第二气路沉槽51-2；
环形体设置在放电通道6内底面上；
环形体的底环面上从靠近内环至靠近外环依次布设为第一气路沉槽51-1、肋脊52-1和第二气路沉槽51-2；
肋脊52为圆环形肋脊结构，其高度比圆环体高度低，气体注入结构5固定在放电通道6底部时，肋脊52与放电通道6底部存在缝隙，工质气体沿着缝隙、周向均匀得从第一气路沉槽51-1流向第二气路沉槽51-2；
第二气路沉槽51-2上周向均匀布设注入孔53；
从二号出气孔44或过气通孔44出射的工质气体从第一气路沉槽51-1沿着肋脊52与放电通道底部的缝隙、径向扩散至第二气路沉槽51-2，经过注入孔53排出的工质气体均匀注入到放电通道6内。
优选地，注入孔53的出气方向为沿着轴向出气、沿着径向出气、与轴向成角度出气三种出气方向中任一种或组合。
本发明的有益效果是：
对比图1和图2，本申请主要进行了以下的设计：
1、本申请中霍尔推力器的轴对称中心进气结构中，主要是通过在磁极底板底部上构建气路沉槽，并嵌入盖板，通过将接触边缝焊接为一体(盖板与磁极底板底部边缝焊接为一体)，实现密闭的效果，在磁极底板内部构造轴对称的供气气路；同时，在磁极底板上部和放电通道底部两个位置分别构造部分轴向缓冲气路沉槽，并利用榫卯结构、密封结构和阳极固定时施加的压力结合在一起，形成完整的轴向缓冲腔室；利用联通气孔将磁极底板内部的径向缓冲腔室、轴向缓冲腔室气路、放电腔室联通，将工质气体轴对称地注入到放电腔室中。这样做可以取消原有的气体分配器结构，减轻了霍尔推力器的总体重量；并且，由于没有气体分配器占用空间，霍尔推力器可以相应的减小推力器的轴向尺寸；最后，将图7和图8与图9和图10对比可知，对磁极底板结构的改造以及推力器轴向尺寸的减小对推力器通道内的磁场位形和磁场强度几乎没有影响；
2、在磁极底板内部气路的构造上，如图5(a)所示，由于为安装内磁芯而预留的安装螺孔、用于内励磁线圈的通线孔会与中心进气管和径向缓冲腔室之间联通发生干涉，因此，采用轴对称分布的分流气路或者凸台结构，以避开安装螺孔、通线孔的干涉，并保证工质气体从进气管到达径向缓冲腔室的轴对称分布特性；同时，面对复杂的磁极底板上的干涉，采用轴对称分布的分流气路联通中心进气管和缓冲腔室具有广泛的通用性；
3、利用榫卯结构、密封结构在磁极底板与放电通道之间构建轴向缓冲腔室；在此基础上，利用阳极安装时的压紧力达到缓冲腔室密封的目的；
4、在一种气体注入结构中设置多级的环形腔室，并利用肋脊上的缝隙将相邻的腔室连接；相邻肋条上的缝隙错开，如图6(b)所示，一条肋脊上的缝隙处于相邻肋脊上两个缝隙的中间位置；肋脊上的缝隙周向均布，具有数目可以根据出气要求进行调节。在另外一种气体注入结构设置多级环形腔室，利用相邻肋脊的高度差异，形成肋脊与放电通道底板之间的缝隙，以连接相邻的腔室，如图14所示。在两种气体中如结构中，环形腔室和肋脊的数量可以根据设计需求改变；同时，注入孔附近的结构形状可以根据出气的方向进行相应的变化，如轴向出气、径向出气、旋流出气以及上述出气方式的组合，等等；利用阳极上的肋条对气体注入结构的压力作用，可以将气体注入结构固定在放电通道底部。设置气体注入结构能够使工质气体均匀对称的注入到放电通道中。
因此，本申请优点为：
1、本申请霍尔推力器轴对称进气结构能够轴对称得供气，具有均化工质气体的作用，替代了气体分配器的功能；本申请的应用使得霍尔推力器结构设计中取消了气体分配器结构，释放了气体分配器占据的空间，减小了推力器结构的轴向尺寸长度，降低了推力器的重量；
2、本申请的内部气路为轴对称结构具有轴对称供气的特性，气体注入到放电通道时，不需要参照传统单管非对称进气结构，因为工质气体的周向均化、憋气而采用小孔径出气孔的设计，对于出气孔的孔径的加工精度要求降低；
3、工质气体注入到放电通道内的注入孔在放电通道上固定，装配时不需要进行过多的考虑同心度的问题，不会出现类似气体分配器与通道的装配同心度误差造成工质分布对称性变化的情况。
附图说明
图1为传统的霍尔推力器供气结构示意图，附图标记71为阳极环，附图标记72为阳极柱，附图标记8为内磁芯，附图标记9为内励磁线圈，附图标记10为内磁屏，附图标记11为外磁屏，附图标记12为磁极底板，附图标记13为气体分配器，附图标记13-1为导气柱，附图标记13-2为两级缓冲腔室，附图标记13-3为盖板，附图标记13-4为联通气孔，附图标记14为导磁柱，附图标记15为外励磁线圈，附图标记16为外磁极板，附图标记17为阳极柱绝缘结构，附图标记18为螺母；
图2为本申请的一种霍尔推力器轴对称供气结构示意图；
图3为图2中A处的局部放大图；
图4为径向缓冲腔室和轴向缓冲腔室的立体结构图；
图5为霍尔推力器轴对称供气结构底板气路三种结构：(a)通用分流构型；(b)无干涉圆盘构型；(c)对称凸台构型；
图6(a)为气体注入结构的立体图；图6(b)为气体注入结构的底面图；图6(c)为图6(b)和图14(b)的B-B面剖图中注入孔轴向出气图；图6(d)为图6(b)和图14(b)的B-B面剖图中注入孔径向出气图；图6(e)为图6(b)和图14(b)的B-B面剖图中注入孔旋流出气图；
图7为霍尔推力器轴对称供气结构应用前的霍尔推力器的磁场位形示意图；
图8为图7的放电通道中心磁场强度分布图；
图9为霍尔推力器轴对称供气结构应用后的霍尔推力器的磁场位形示意图；
图10为图9的放电通道中心磁场强度分布图。
图11为本申请另一种霍尔推力器轴对称供气结构示意图；
图12图11中的中心对称供气结构拆分示意图；
图13为图11的局部放大图；
图14(a)为另一种气体注入结构立体图；图14(b)为图14(a)的平面图；图14(c)为图14(b)A-A面剖视图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图2至图4说明本实施方式，本实施方式所述的霍尔推力器的轴对称进气结构，所述进气结构包括进气管1、径向缓冲腔室3、轴向缓冲腔室4和气体注入结构5；
径向缓冲腔室3包括径向缓冲腔室沉槽31、径向缓冲腔室盖板32和一号出气孔33；
在霍尔推力器的磁极底板12下部中心开设圆盘形的径向缓冲腔室沉槽31，径向缓冲腔室盖板32盖合到径向缓冲气路沉槽31上，并将接触边缝焊接、密封，形成完整的径向缓冲腔室3，进气管1与径向缓冲腔室盖板32中心垂直连接，工质气体从进气管1入口进入到径向缓冲气路沉槽31中；
轴向缓冲腔室4包括一号轴向缓冲腔室沉槽41、二号轴向缓冲腔室沉槽42和二号出气孔44；
磁极底板12顶部开设有环形的一号轴向缓冲腔室沉槽41，一号出气孔33从径向缓冲腔室沉槽31贯穿至一号轴向缓冲腔室沉槽41，且一号出气孔33沿一号轴向缓冲腔室沉槽41底部进行周向均布；
放电通道6的底部开设有环形的二号轴向缓冲腔室沉槽42，二号轴向缓冲腔室沉槽42扣合在一号轴向缓冲腔室沉槽41上；
放电通道6底部周向均匀开设有二号出气孔44，二号出气孔44的入口与二号轴向缓冲腔室沉槽42联通，二号出气孔44的出口与位于放电通道6内的环形气体注入结构5联通，通过气体注入结构5上周向均布的注入孔53将工质气体均匀注入到放电通道6内。
本实施方式中，气体注入结构5包括环形体、气路沉槽51、肋脊52和注入孔53，其主要目的是为了调节工质气体注入到放电通道6时出气速度的初始状态。气路沉槽51为多级气路结构，其作用是将来流工质气体轴对称的分配到注入孔位置；注入孔53可以根据出气速度的方向和速率的要求进行相应的设计，可以是轴向出气、径向出气、旋流出气以及上述出气方式的组合。同时，气体注入结构5内部的气路结构还可以延长放电通道6内的高电位区域到磁极底板12之间的距离，具有防止高电压击穿的作用。
图5(a)为分流气路2和径向缓冲腔室3的结合图，图中的径向缓冲腔室出气孔33为周向均布的小孔，具体数目根据出气要求决定。因为图5(a)中圆块上开设的十字形分流气路沉槽21将圆块分成了4个扇形凸块，所以可以在每个扇形凸块的任意位置开设用作内励磁线圈9的通线孔或者用作内磁芯8安装的螺纹通孔。
如图5(b)所示，在磁极底板12下部没有干涉时，可以取消分流气路2，直接采用圆盘形的径向缓冲腔室3，工质由中心进气管1直接注入到径向缓冲腔室3中，可以降低气路沉槽和气路盖板加工的复杂程度以及加工、焊接的成本。
如图5(c)所示，在磁极底板12下部的干涉为轴对称分布时，可以取消分流气路2，在图5(b)所示圆盘形缓冲腔室沉槽31中增加多个凸台34结构，多个凸台34围绕径向缓冲腔室沉槽31的圆心均匀分布于圆盘形的径向缓冲腔室沉槽31中，同时，在径向缓冲腔室盖板32上对应凸台34的位置打上相应的通孔35，并焊接实现密封；这样可以避免轴对称的干涉因素对工质气流分布轴对称性的破坏，工质由进气管1直接注入到径向缓冲腔室3中，同时，轴对称分布的多个凸台34不会影响工质气体的轴对称分布；相对于如图5(a)中的结构，可以降低气路沉槽和气路盖板加工的复杂程度以及加工、焊接的成本；图5(c)与5(a)相比，图5(c)中开设通孔的位置必须是对称设置，这样才不会影响工质气体的轴对称分布。
图6(b)的气体注入结构5中的环形气路沉槽51和肋脊52可以根据实际的出气要求改变气路沉槽级数和肋脊52上的缝隙数目；注入孔53的结构可以根据出气要求设计为轴向出气、径向出气、旋流出气以及其组合，等等，如图6(c)至图6(e)所示。
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的霍尔推力器的轴对称进气结构进一步限定，在本实施方式中，所述轴向缓冲腔室4还包括密封圈43；
在放电通道6底部的开设2个环形槽，且2个环形槽分别开设在二号轴向缓冲腔室沉槽42的两侧，密封圈43嵌在2个环形槽中，密封圈43用于对二号轴向缓冲腔室沉槽42和一号轴向缓冲腔室沉槽41的连接处进行密封。
本实施方式中，所述结构还包括榫卯结构，
通过榫卯结构将磁极底板12顶部的一号轴向缓冲腔室沉槽41、放电通道6上的二号轴向缓冲腔室沉槽42和密封圈43连接在一起。
具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的霍尔推力器的轴对称进气结构进一步限定，在本实施方式中，所述结构还包括分流气路2；
分流气路2包括圆块、分流气路沉槽21和分流气路盖板22；
圆块放置在圆盘形的径向缓冲腔室沉槽31的中心位置上，在圆块中心开设分流气路沉槽21，分流气路沉槽21与径向缓冲腔室沉槽31联通；
圆块上除了分流气路沉槽21剩下的部分称为凸块，在径向缓冲腔室盖板32上开设与所述凸块相配合的缺口，每相邻2个缺口之间形成分流气路盖板22；
分流气路盖板22和径向缓冲腔室盖板32组成一体的平板结构，分流气路盖板22盖合到分流气路沉槽21上，形成完整的分流气路2，径向缓冲腔室盖板32盖合到径向缓冲气路沉槽31上，形成完整的径向缓冲腔室3，工质气体从进气管1入口进入到分流气路2中，分流气路2的出口与径向缓冲腔室3连通；
所述凸块上开设通孔，该通孔用作内励磁线圈9的通线孔或者用作内磁芯8安装的螺纹通孔。
本实施方式中，分流气路是为了将进气管来流的工质气体等分为多路气管，并注入径向缓冲腔室，以实现来流工质的第一步均化。其中，径向缓冲腔室为圆环状；分流气路的气管数目可以根据底板的结构来自由选择，周向上均布。
分流气路作为连接中心进气管路和径向缓冲腔室的联通结构，其主要目的在于防止工质气体从进气管到径向缓冲腔室之间的气路被底板其他结构阻隔，如底板要保留内励磁线圈的通线孔等，进而造成气流的非轴对称供气。因此，如果在实际设计中如果底板没有了类似的阻隔，可以取消分流气路，并将径向缓冲腔室直接加工为圆盘状，进气管的来流工质可以直接注入到圆盘状的径向缓冲腔室，如图5(b)所示；或者，如果底板上预留的通线孔、螺纹通孔位置为轴对称结构，则可以在圆盘缓冲腔室添加轴对称分布的凸台结构，用来开设通线孔和螺纹通孔，来流工质气体通过进气管直接注入到轴对称的径向缓冲腔室中，同时，轴对称分布的凸台结构不会影响工质气体的轴对称分布特性，如图5(c)所示。
分流气路盖板22和径向缓冲腔室盖板32的材料与磁极底板12的材料一致，均为导磁材料。
具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式三所述的霍尔推力器的轴对称进气结构进一步限定，在本实施方式中，分流气路沉槽21和分流气路盖板22均为十字形结构。
具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式三所述的霍尔推力器的轴对称进气结构进一步限定，在本实施方式中，所述结构还包括多个凸台34；
多个凸台34围绕径向缓冲腔室沉槽31的圆心均匀分布于圆盘形的径向缓冲腔室沉槽31中，在径向缓冲腔室盖板32上开设与凸台34相配合的通孔35；
凸台34上开设通孔，该通孔用作内励磁线圈9的通线孔或者用作内磁芯8安装的螺纹通孔。
具体实施方式六：结合图11至图13说明本实施方式，本实施方式所述的霍尔推力器的轴对称进气结构，该进气结构应用于镂空的磁极底板，所述进气结构包括进气管1、分流气路2、联通气路4和气体注入结构5；
分流气路2包括分流气路沉槽21、分流气路盖板22和分流气路出气孔23；
磁极底板12下部中心开设十字形的分流气路沉槽21，在每一个分流气路沉槽21的远端开设有一个贯穿磁极底板12的分流气路出气孔23，十字形的分流气路盖板22盖合到分流气路沉槽21上，并将接触边缝焊接、密封，形成完整的分流气路2；进气管1与分流气路盖板22中心垂直连接，工质气体从进气管1入口进入到分流气路2中，然后沿着径向流动到远端，从分流气路出气孔23流出；
联通气路4包括凹槽41、凸台43和过气通孔44；
磁极底板12上部的每个分流气路出气孔23位置开设有同心的圆形凹槽41，共4个；
放电通道6的底部开设4个处于同一圆上的圆形凸台43，与磁极底板12上部的4个圆形凹槽41一一对应，构成榫卯连接结构，每个圆形凸台43的中心位置上开着有贯穿放电通道6的过气通孔44，与分流气路出气孔23对接联通；
放电通道6底部安置有气体注入结构5；工质气体从分流气路出气孔23流出后，通过联通气路4进入气体注入结构5，从气体注入结构5上周向均布的注入孔53均匀注入到放电通道6内。
本实施方式中，图12中霍尔推力器磁极底板12底部的扇形镂空区域12-2可以促进放电通道6底部向空间的热辐射，并减少放电通道6向磁极底板12的热传递，以实现霍尔推力器整体温度的降低，磁极底板12镂空区域之间由辐条12-1保证底板的强度。
具体实施方式七：结合图11说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式六所述的霍尔推力器的轴对称进气结构进一步限定，在本实施方式中，所述联通气路4还包括密封垫片42；
磁极底板12和放电通道6接触界面处安置有密封垫片42，以实现分流气路出气孔23和过气通孔44之间气路联通的气密性。
具体实施方式八：结合图6、图14说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一或六所述的霍尔推力器的轴对称进气结构进一步限定，在本实施方式中，气体注入结构5采用一种气体注入结构5或另一种气体注入结构5实现，一种气体注入结构5包括环形体、气路沉槽51、肋脊52和注入孔53；
气路沉槽51包括第一气路沉槽51-1、第二气路沉槽51-2和第三气路沉槽51-3；
肋脊52包括第一肋脊52-1和第二肋脊52-2；
环形体设置在放电通道6内底面上；
环形体的底环面上从靠近内环至靠近外环依次布设为第一气路沉槽51-1、第一肋脊52-1、第二气路沉槽51-2、第二肋脊52-2和第三气路沉槽51-3；
第一肋脊52-1和第二肋脊52-2均为圆环形肋脊上均布缝隙的结构；
第三气路沉槽51-3上周向均匀布设注入孔53；
从二号出气孔44或过气通孔44出射的工质气体从第一气路沉槽51-1进入第一肋脊52-1间的缝隙，从该缝隙进入第二气路沉槽51-2，再由第二气路沉槽51-2进入第二肋脊52-2间的缝隙，从该缝隙进入第三气路沉槽51-3中的注入孔53，经过该注入孔53排出的工质气体均匀注入到放电通道6内；
另一种气体注入结构5包括环形体、气路沉槽51、肋脊52和注入孔53；
气路沉槽51包括第一气路沉槽51-1和第二气路沉槽51-2；
环形体设置在放电通道6内底面上；
环形体的底环面上从靠近内环至靠近外环依次布设为第一气路沉槽51-1、肋脊52-1和第二气路沉槽51-2；
肋脊52为圆环形肋脊结构，其高度比圆环体高度低，气体注入结构5固定在放电通道6底部时，肋脊52与放电通道6底部存在缝隙，工质气体沿着缝隙、周向均匀得从第一气路沉槽51-1流向第二气路沉槽51-2；
第二气路沉槽51-2上周向均匀布设注入孔53；
从二号出气孔44或过气通孔44出射的工质气体从第一气路沉槽51-1沿着肋脊52与放电通道底部的缝隙、径向扩散至第二气路沉槽51-2，经过注入孔53排出的工质气体均匀注入到放电通道6内。
本实施方式中，图6(a)和图14为2种气体注入结构5，图2的霍尔推力器的轴对称进气结构或图11的霍尔推力器的轴对称进气结构可以采用2种气体注入结构5中任意一种。
具体实施方式九：本实施方式是对具体实施方式八所述的霍尔推力器的轴对称进气结构进一步限定，在本实施方式中，注入孔53的出气方向为沿着轴向出气、沿着径向出气、与轴向成角度出气三种出气方向中任一种或组合。
本实施方式中，如6(c)所示，气体注入机构5采用轴向出气方式时，工质气体到达第三气路沉槽51-3后，经过注入孔53沿着通道轴向进入到放电通道6中；如6(d)所示，当采用径向出气方式时，需要在气体注入机构5的侧面开一个沉槽54，进而形成一个挡板55，工质气体到达第三气路沉槽51-3后，经过注入孔53沿着轴向方向注入到沉槽54中后，在挡板55的阻挡下，工质气流将沿着径向注入到中；如图6(e)所示，当采用旋流出气方式时间，需要将5(c)中沿着轴向的注入孔53加工为与出口端面具有一定夹角α的斜孔，以实现出射气流具有沿着周向的初速度，进而使工质气流实现旋流出气的效果。
具体实施方式十：本实施方式是对具体实施方式二或七所述的霍尔推力器的轴对称进气结构进一步限定，在本实施方式中，所述结构还包括阳极结构7、绝缘结构17和螺母18，阳极结构包括阳极环71、阳极柱72和肋条73；
阳极环71与阳极柱72之间焊接、固接；
阳极柱72从放电通道6、密封圈43或密封垫片42、磁极底板12和绝缘结构17中穿过，并利用螺母18将放电通道6、密封圈43或密封垫片42、磁极底板12和绝缘结构17夹紧、固定；
利用肋条73对气体注入结构5施加的压力，将气体注入结构5固定在放电通道6的底部。
综上所述，以上仅为本发明的实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.霍尔推力器的轴对称进气结构，其特征在于，所述进气结构包括进气管(1)、径向缓冲腔室(3)、轴向缓冲腔室(4)和气体注入结构(5)；
径向缓冲腔室(3)包括径向缓冲腔室沉槽(31)、径向缓冲腔室盖板(32)和一号出气孔(33)；
在霍尔推力器的磁极底板(12)下部中心开设圆盘形的径向缓冲腔室沉槽(31)，径向缓冲腔室盖板(32)盖合到径向缓冲气路沉槽(31)上，并将接触边缝焊接、密封，形成完整的径向缓冲腔室(3)，进气管(1)与径向缓冲腔室盖板(32)中心垂直连接，工质气体从进气管(1)入口进入到径向缓冲气路沉槽(31)中；
轴向缓冲腔室(4)包括一号轴向缓冲腔室沉槽(41)、二号轴向缓冲腔室沉槽(42)和二号出气孔(44)；
磁极底板(12)顶部开设有环形的一号轴向缓冲腔室沉槽(41)，一号出气孔(33)从径向缓冲腔室沉槽(31)贯穿至一号轴向缓冲腔室沉槽(41)，且一号出气孔(33)沿一号轴向缓冲腔室沉槽(41)底部进行周向均布；
放电通道(6)的底部开设有环形的二号轴向缓冲腔室沉槽(42)，二号轴向缓冲腔室沉槽(42)扣合在一号轴向缓冲腔室沉槽(41)上；
放电通道(6)底部周向均匀开设有二号出气孔(44)，二号出气孔(44)的入口与二号轴向缓冲腔室沉槽(42)联通，二号出气孔(44)的出口与位于放电通道(6)内的环形气体注入结构(5)联通，通过气体注入结构(5)上周向均布的注入孔(53)将工质气体均匀注入到放电通道(6)内。
2.根据权利要求1所述的霍尔推力器的轴对称进气结构，其特征在于，所述轴向缓冲腔室(4)还包括密封圈(43)；
在放电通道(6)底部的开设2个环形槽，且2个环形槽分别开设在二号轴向缓冲腔室沉槽(42)的两侧，密封圈(43)嵌在2个环形槽中，密封圈(43)用于对二号轴向缓冲腔室沉槽(42)和一号轴向缓冲腔室沉槽(41)的连接处进行密封。
3.根据权利要求1所述的霍尔推力器的轴对称进气结构，其特征在于，所述结构还包括分流气路(2)；
分流气路(2)包括圆块、分流气路沉槽(21)和分流气路盖板(22)；
圆块放置在圆盘形的径向缓冲腔室沉槽(31)的中心位置上，在圆块中心开设分流气路沉槽(21)，分流气路沉槽(21)与径向缓冲腔室沉槽(31)联通；
圆块上除了分流气路沉槽(21)剩下的部分称为凸块，在径向缓冲腔室盖板(32)上开设与所述凸块相配合的缺口，每相邻2个缺口之间形成分流气路盖板(22)；
分流气路盖板(22)和径向缓冲腔室盖板(32)组成一体的平板结构，分流气路盖板(22)盖合到分流气路沉槽(21)上，形成完整的分流气路(2)，径向缓冲腔室盖板(32)盖合到径向缓冲气路沉槽(31)上，形成完整的径向缓冲腔室(3)，工质气体从进气管(1)入口进入到分流气路(2)中，分流气路(2)的出口与径向缓冲腔室(3)连通；
所述凸块上开设通孔，该通孔用作内励磁线圈(9)的通线孔或者用作内磁芯(8)安装的螺纹通孔。
4.根据权利要求3所述的霍尔推力器的轴对称进气结构，其特征在于，分流气路沉槽(21)和分流气路盖板(22)均为十字形结构。
5.根据权利要求1所述的霍尔推力器的轴对称进气结构，其特征在于，所述结构还包括多个凸台(34)；
多个凸台(34)围绕径向缓冲腔室沉槽(31)的圆心均匀分布于圆盘形的径向缓冲腔室沉槽(31)中，在径向缓冲腔室盖板(32)上开设与凸台(34)相配合的通孔(35)；
凸台(34)上开设通孔，该通孔用作内励磁线圈(9)的通线孔或者用作内磁芯(8)安装的螺纹通孔。
6.霍尔推力器的轴对称进气结构，该进气结构应用于镂空的磁极底板，其特征在于，所述进气结构包括进气管(1)、分流气路(2)、联通气路(4)和气体注入结构(5)；
分流气路(2)包括分流气路沉槽(21)、分流气路盖板(22)和分流气路出气孔(23)；
磁极底板(12)下部中心开设十字形的分流气路沉槽(21)，在每一个分流气路沉槽(21)的远端开设有一个贯穿磁极底板(12)的分流气路出气孔(23)，十字形的分流气路盖板(22)盖合到分流气路沉槽(21)上，并将接触边缝焊接、密封，形成完整的分流气路(2)；进气管(1)与分流气路盖板(22)中心垂直连接，工质气体从进气管(1)入口进入到分流气路(2)中，然后沿着径向流动到远端，从分流气路出气孔(23)流出；
联通气路(4)包括凹槽(41)、凸台(43)和过气通孔(44)；
磁极底板(12)上部的每个分流气路出气孔(23)位置开设有同心的圆形凹槽(41)，共4个；
放电通道(6)的底部开设4个处于同一圆上的圆形凸台(43)，与磁极底板(12)上部的4个圆形凹槽(41)一一对应，构成榫卯连接结构，每个圆形凸台(43)的中心位置上开着有贯穿放电通道(6)的过气通孔(44)，与分流气路出气孔(23)对接联通；
放电通道(6)底部安置有气体注入结构(5)；工质气体从分流气路出气孔(23)流出后，通过联通气路(4)进入气体注入结构(5)，从气体注入结构(5)上周向均布的注入孔(53)均匀注入到放电通道(6)内。
7.根据权利要求6所述的霍尔推力器的轴对称进气结构，其特征在于，所述联通气路(4)还包括密封垫片(42)；
磁极底板(12)和放电通道(6)接触界面处安置有密封垫片(42)，以实现分流气路出气孔(23)和过气通孔(44)之间气路联通的气密性。
8.根据权利要求1或6所述的霍尔推力器的轴对称进气结构，其特征在于，气体注入结构(5)采用一种气体注入结构(5)或另一种气体注入结构(5)实现，一种气体注入结构(5)包括环形体、气路沉槽(51)、肋脊(52)和注入孔(53)；
气路沉槽(51)包括第一气路沉槽(51-1)、第二气路沉槽(51-2)和第三气路沉槽(51-3)；
肋脊(52)包括第一肋脊(52-1)和第二肋脊(52-2)；
环形体设置在放电通道(6)内底面上；
环形体的底环面上从靠近内环至靠近外环依次布设为第一气路沉槽(51-1)、第一肋脊(52-1)、第二气路沉槽(51-2)、第二肋脊(52-2)和第三气路沉槽(51-3)；
第一肋脊(52-1)和第二肋脊(52-2)均为圆环形肋脊上均布缝隙的结构；
第三气路沉槽(51-3)上周向均匀布设注入孔(53)；
从二号出气孔(44)或过气通孔(44)出射的工质气体从第一气路沉槽(51-1)进入第一肋脊(52-1)间的缝隙，从该缝隙进入第二气路沉槽(51-2)，再由第二气路沉槽(51-2)进入第二肋脊(52-2)间的缝隙，从该缝隙进入第三气路沉槽(51-3)中的注入孔(53)，经过该注入孔(53)排出的工质气体均匀注入到放电通道(6)内；
另一种气体注入结构(5)包括环形体、气路沉槽(51)、肋脊(52)和注入孔(53)；
气路沉槽(51)包括第一气路沉槽(51-1)和第二气路沉槽(51-2)；
环形体设置在放电通道(6)内底面上；
环形体的底环面上从靠近内环至靠近外环依次布设为第一气路沉槽(51-1)、肋脊(52-1)和第二气路沉槽(51-2)；
肋脊(52)为圆环形肋脊结构，其高度比圆环体高度低，气体注入结构(5)固定在放电通道(6)底部时，肋脊(52)与放电通道(6)底部存在缝隙，工质气体沿着缝隙、周向均匀得从第一气路沉槽(51-1)流向第二气路沉槽(51-2)；
第二气路沉槽(51-2)上周向均匀布设注入孔(53)；
从二号出气孔(44)或过气通孔(44)出射的工质气体从第一气路沉槽(51-1)沿着肋脊(52)与放电通道底部的缝隙、径向扩散至第二气路沉槽(51-2)，经过注入孔(53)排出的工质气体均匀注入到放电通道(6)内。
9.根据权利要求8所述的霍尔推力器的轴对称进气结构，其特征在于，注入孔(53)的出气方向为沿着轴向出气、沿着径向出气、与轴向成角度出气三种出气方向中任一种或组合。
10.根据权利要求2或7所述的霍尔推力器的轴对称进气结构，其特征在于，所述结构还包括阳极结构(7)、绝缘结构(17)和螺母(18)，阳极结构包括阳极环(71)、阳极柱(72)和肋条(73)；
阳极环(71)与阳极柱(72)之间焊接、固接；
阳极柱(72)从放电通道(6)、密封圈(43)或密封垫片(42)、磁极底板(12)和绝缘结构(17)中穿过，并利用螺母(18)将放电通道(6)、密封圈(43)或密封垫片(42)、磁极底板(12)和绝缘结构(17)夹紧、固定；
利用肋条(73)对气体注入结构(5)施加的压力，将气体注入结构(5)固定在放电通道(6)的底部。
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| GR01 | Patent grant | ||
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Effective date of registration: 20240514 Address after: Room 217, 1st Floor, East Zone, Building 2, Science and Technology Innovation Headquarters, Shenzhen (Harbin) Industrial Park, 288 Zhigu Street, Songbei District, Harbin City, Heilongjiang Province, 150000 RMB Patentee after: Harbin Xingwang Power Technology Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: Room 1107, 11 / F, National University Science Park, Harbin Institute of technology, No. 434, youyou street, Nangang District, Harbin City, Heilongjiang Province Patentee before: Harbin Institute of Technology Asset Management Co.,Ltd. Country or region before: China Patentee before: Harbin Prashi Power Technology R&D Department (Limited Partnership) |