CN115021085B - 一种应用于大气层内的新型电晕放电离子推进器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于大气层内的新型电晕放电离子推进器，包括正极极板和负极极板，所述括正极板与负极极板互相平行设置，所述正极极板形状与负极极板完全相同、外形呈圆形，所述正极极板和负极极板分别固定连接在支架的上下两端，所述正极极板和负极极板上均匀分布有呈放射状的通气孔，正极极板与负极极板上的通气孔相互之间错开22.5°角，所述支架的周围固定连接有三块串联的电池和变压器。本发明通过优化电离子推进器结构和改变升压方案，通过支撑方案的优化降低了装置整体重量，通过抑制被电离的空气中和以及控制离子射流出的方向提升工作效率，有效解决了电晕放电离子推进器推重比过低的问题，设计合理，结构轻便，值得推广。
Description
技术领域
本发明涉及离子推进器技术领域，具体为一种应用于大气层内的新型电晕放电离子推进器。
背景技术
随着航空航天技术的进步，人类将越来越多的心血放在了太空探索上。为了使航天器获得更大的速度、拥有更持久的续航，科学家们研制出了离子推进器。离子推进器具有噪音小、可靠性高等优点，自2002年以来一直被试图用于大气层内飞行器的推进，然而，由于其推重比过低，使其应用频繁受阻。目前大气中的离子推进器主要使用的是电晕放电离子风技术，被应用于电子设备、推进等方面应用。离子推进器可以不需要机械转动部件来转换电能，这既减小了机械振动和噪声，又能够解决电子器件的发热问题。另一方面，尽管离子电推进器所产生的推力十分微小，但是相比于化学燃料的发动机而言，具有工质喷射速度高，输出平稳，能量利用效率高等诸多优点。
现如今科学界对于电晕放电离子推进器的具体原理尚存在争议，主流说法为在电晕放电过程中，带电粒子在施加的电场中受到库仑力的作用，与中性分子发生碰撞并交换动量，中性分子和原子通过碰撞获得动量，与带电粒子一起运动，从而产生“离子风”，形成该气流的反作用力即为离子推进器的推力，推动离子推进器前进。
离子推进器主要由高压升压装置和离子加速器两部分组成，如果能够寻找出使离子推进器推重比最大化的技术方案，能够作为其他动力系统的辅助来达到减轻整体系统重量的目的，发展前景非常可观。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用于大气层内的新型电晕放电离子推进器，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种应用于大气层内的新型电晕放电离子推进器，包括正极极板和负极极板，所述括正极板与负极极板互相平行设置，所述正极极板形状与负极极板完全相同、外形呈圆形，所述正极极板和负极极板分别固定连接在支架的上下两端，所述正极极板和负极极板上均匀分布有呈放射状的通气孔，正极极板与负极极板上的通气孔相互之间错开22.5°角，所述支架的周围固定连接有三块串联的电池和变压器。
进一步地，所述变压器包括NE555脉冲发生器、升压线圈和桥式整流器，所述NE555脉冲发生器将电池的直流电直接转化为高频低压交流电，高频低压交流电经升压线圈磁耦合转化为高压交流电，所述桥式整流器将高压交流电再次转化为高压直流电供离子加速器部分使用。
进一步地，所述正极极板和负极极板包括一组扇形极片，相邻的扇形极片之间形成放射状的纵向气孔，所述纵向气孔中通过横向连接导线连接相邻的扇形极片。
进一步地，所述扇形极片中部设置有环形的横向气孔，所述横向气孔通过纵向连接导线连接扇形极片的内外两端。
进一步地，所述正极极板和负极极板的中心位置设置有中心通孔。
进一步地，所述支架包括一对平行设置的外环，所述外环内侧固定连接有一对十字型的支撑杆，两侧的外环之间通过一组连接杆固定连接。
进一步地，所述支架的圆周外壁上粘接有一组绝缘薄膜，所述绝缘薄膜封住正极极板与负极极板之间的间隙。
进一步地，所述正极极板的正上方设置有环形线圈。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明中，电极极板设置为圆盘形结构，可以最大程度的增加极板间的正对面积，空气的电离效率高，被击穿的风险更低；电极极板上均匀分布放射状的通气孔，增加与空气之间的接触效率，使得电极附近的空气被电离的更加充分；本发明采用了更加小型化的变压装置，电路设计结构更加简单、使用的元器件较少，可将整套装置的重量做到极小；
2、本发明中，支架呈框架式结构，结构稳定性高，对正负极板起到良好稳定的支撑；框架结构在保证强度的基础上，还能够降低支撑部件的质量，提升离子加速器的工作效率，稳定的支撑结构使得电极间离设计更小，相同电压下的电场强度有显著性提高，从而可以提高工质的加速效率；
3、本发明中，绝缘薄膜可阻止不带电的空气分子从装置的侧面吸入加速器，避免与两极板之间已经被电离的空气发生中和，提高离子加速器的工作效率；
4、本发明中，环形线圈产生磁场可控制射流出的离子，使其喷出方向与推进器前进方向相反，最大程度实现有效做功。
综上所述，本发明通过优化电离子推进器结构和改变升压方案，通过支撑方案的优化降低了装置整体重量，通过抑制被电离的空气中和以及控制离子射流出的方向提升工作效率，有效解决了电晕放电离子推进器推重比过低的问题，设计合理，结构轻便，值得推广。
附图说明
图1为一种应用于大气层内的新型电晕放电离子推进器的结构示意图；
图2为一种应用于大气层内的新型电晕放电离子推进器中正极板和负极板的结构示意图；
图3为一种应用于大气层内的新型电晕放电离子推进器中支架的结构示意图；
图4为一种应用于大气层内的新型电晕放电离子推进器中NE555脉冲发生器PCB板电路图；
图5为一种应用于大气层内的新型电晕放电离子推进器中NE555脉冲发生器PCB板结构示意图；
图6为实施例4中一种应用于大气层内的新型电晕放电离子推进器中的结构示意图；
图7为实施例5中一种应用于大气层内的新型电晕放电离子推进器中的结构示意图。
图中：1-正极极板，2-扇形极片，3-纵向气孔，4-横向连接导线，5-横向气孔，6-纵向连接导线，7-中心通孔，8-负极极板，9-支架，10-外环，11-支撑杆，12-连接杆，13-电池，14-NE555脉冲发生器，15-升压线圈，16-绝缘薄膜，17-环形线圈。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
实施例1：请参阅图1～5，一种应用于大气层内的新型电晕放电离子推进器，包括正极极板1和负极极板8，所述括正极板1与负极极板8互相平行设置，所述正极极板1形状与负极极板8完全相同、外形呈圆形，所述正极极板1和负极极板8分别固定连接在支架9的上下两端，所述正极极板1和负极极板8上均匀分布有呈放射状的通气孔，正极极板1与负极极板8上的通气孔相互之间错开22.5°角，所述支架9的周围固定连接有三块串联的电池13和变压器。
所述变压器包括NE555脉冲发生器14、升压线圈15和桥式整流器，所述NE555脉冲发生器将电池13的直流电直接转化为高频低压交流电，高频低压交流电经升压线圈15磁耦合转化为高压交流电，所述桥式整流器将高压交流电再次转化为高压直流电供离子加速器部分使用。
本发明由三部分组成：正极极板1、负极极板8、支架9。：正极极板1、负极极板8设置为圆盘形结构，可以最大程度的增加极板间的正对面积，因此对于空气的电离效率较高，由于正对面积大，因此被击穿的风险更低；正极极板1、负极极板8上均匀分布放射状的通气孔，增加与空气之间的接触效率，使得电极附近的空气被电离的更加充分。
NE555脉冲发生器将输入装置的直流电直接转化为高频低压交流电，经过升压线圈的磁耦合，转化为高压交流电，桥式整流器将交流电再次转化为直流电，以供离子加速器部分使用。本发明采用的变压装置相比于传统的ZVS电路，这种电路设计结构更加简单、使用的元器件较少，因此可以将整套装置的重量做到极小。
实施例2：请参阅图2，一种应用于大气层内的新型电晕放电离子推进器，与实施例1的区别在于，所述正极极板1和负极极板8包括一组扇形极片2，相邻的扇形极片2之间形成放射状的纵向气孔3，所述纵向气孔3中通过横向连接导线4连接相邻的扇形极片2。
所述扇形极片2中部设置有环形的横向气孔5，所述横向气孔5通过纵向连接导线6连接扇形极片2的内外两端。
所述正极极板1和负极极板8的中心位置设置有中心通孔7。
本实施例中，由纵向气孔3、横向气孔5和中心通孔7三个部分作为通气部分，进一步增加了电极极板与空气之间的接触面积，空气被电离的效率更高，可达到进一步提升工质加速效率的效果。
实施例3：请参阅图3，一种应用于大气层内的新型电晕放电离子推进器，与实施例1的区别在于，所述支架9包括一对平行设置的外环10，所述外环10内侧固定连接有一对十字型的支撑杆11，两侧的外环10之间通过一组连接杆12固定连接。
本实施例中，支架9呈框架式结构，结构稳定性高，对正负极板起到良好稳定的支撑；框架结构在保证强度的基础上，还能够降低支撑部件的质量；稳定的支撑结构使得电极间离设计更小，相同电压下的电场强度有显著性提高，从而可以提高工质的加速效率。
实施例4：请参阅图6，一种应用于大气层内的新型电晕放电离子推进器，与实施例1的区别在于，所述支架9的圆周外壁上粘接有一组绝缘薄膜16，所述绝缘薄膜16封住正极极板1与负极极板8之间的间隙。
本实施例中，绝缘薄膜16可阻止不带电的空气分子从装置的侧面吸入加速器，避免与两极板之间已经被电离的空气发生中和，提高离子加速器的工作效率。
实施例5：请参阅图7，一种应用于大气层内的新型电晕放电离子推进器，与实施例1的区别在于，所述正极极板1的正上方设置有环形线圈17。
本实施例中，环形线圈17产生磁场可控制射流出的离子，使其喷出方向与推进器前进方向相反，最大程度实现有效做功。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种应用于大气层内的新型电晕放电离子推进器，包括正极极板（1）和负极极板（8），其特征在于：所述正极极板（1）与负极极板（8）互相平行设置，所述正极极板（1）形状与负极极板（8）完全相同、外形呈圆形，所述正极极板（1）和负极极板（8）分别固定连接在支架（9）的上下两端，所述正极极板（1）和负极极板（8）上均匀分布有呈放射状的通气孔，正极极板（1）与负极极板（8）上的通气孔相互之间错开22.5°角，所述支架（9）的周围固定连接有三块串联的电池（13）和变压器；
所述正极极板（1）和负极极板（8）分别包括一组扇形极片（2），相邻的扇形极片（2）之间形成放射状的纵向气孔（3），所述纵向气孔（3）中通过横向连接导线（4）连接相邻的扇形极片（2）；所述扇形极片（2）中部设置有环形的横向气孔（5），所述横向气孔（5）通过纵向连接导线（6）连接扇形极片（2）的内外两端；所述正极极板（1）和负极极板（8）的中心位置设置有中心通孔（7）；
所述支架（9）包括一对平行设置的外环（10），所述外环（10）内侧固定连接有一对十字型的支撑杆（11），两侧的外环（10）之间通过一组连接杆（12）固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种应用于大气层内的新型电晕放电离子推进器，其特征在于：所述变压器包括NE555脉冲发生器（14）、升压线圈（15）和桥式整流器，所述NE555脉冲发生器将电池（13）的直流电直接转化为高频低压交流电，高频低压交流电经升压线圈（15）磁耦合转化为高压交流电，所述桥式整流器将高压交流电再次转化为高压直流电供离子加速器部分使用。
3.根据权利要求1所述的一种应用于大气层内的新型电晕放电离子推进器，其特征在于：所述支架（9）的圆周外壁上粘接有一组绝缘薄膜（16），所述绝缘薄膜（16）封住正极极板（1）与负极极板（8）之间的间隙。
4.根据权利要求1所述的一种应用于大气层内的新型电晕放电离子推进器，其特征在于：所述正极极板（1）的正上方设置有环形线圈（17）。
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| CN111852802A (zh) * | 2020-07-27 | 2020-10-30 | 大连理工大学 | 一种霍尔效应环型离子推力器 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2188720Y (zh) * | 1993-06-27 | 1995-02-01 | 江涛 | 高效离子空气滤清器 |
| CN104863811A (zh) * | 2015-04-15 | 2015-08-26 | 大连理工大学 | 一种负粒子推力器 |
| JP2022018947A (ja) * | 2020-07-16 | 2022-01-27 | 東京都公立大学法人 | イオンスラスタ |
| CN111852802A (zh) * | 2020-07-27 | 2020-10-30 | 大连理工大学 | 一种霍尔效应环型离子推力器 |
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