CN115163437A - 一种离子液体电推进装置 - Google Patents
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Abstract
本发明用于航空航天技术领域，特别涉及一种离子液体电推进装置，包括壳体，壳体上设有通孔、第一避让口和第二避让口；电极片，安装在通孔处，电极片上设有电极孔；发射器，安装在壳体内部，发射器上设有对准各个电极孔的发射单元；推进剂供应装置，设在壳体内部并与发射器连接；控制处理板，设在壳体内部；功率处理板，设在壳体内部并与控制处理板连接；高压接线柱，设在壳体内部，高压接线柱的两极分别与功率处理板上的高压输出端口连接，电极片与高压接线柱上的零电势极相连，发射器与高压接线柱上的高电势极相连。本申请将控制处理板和功率处理板集成设置在离子液体电推进装置内部，可以大幅提升离子液体电推进装置的通用性，降低使用难度。
Description
技术领域
本发明用于航空航天技术领域，特别是涉及一种离子液体电推进装置。
背景技术
离子液体是一类完全由阴阳离子组成的常温下呈液态的盐，具有饱和蒸气压低、电导率高、液态范围宽和绿色无毒等诸多优良性质。
离子液体电推进是一类利用静电场电离离子液体，并通过静电场电离产生带电粒子的电推进方式。基于在液相条件下电离推进剂的电离机制，离子液体电推力器具有微型化能力好、推进性能突出等特点，特别适合微小型航天器的推进应用。特别地，由于离子液体同时包含阴阳离子，通过控制外加电压的正负极性，离子液体电推力器既可以发射带正电的阳离子，也可以发射带负电的阴离子，因而具有不依靠外加电荷中和器的电荷自中和能力，形成离子液体电离和加速所需要的静电场需要高达千伏量级的电压，因此离子液体电推力器的使用通常需要配备相应的功率处理单元来实现将航天器提供的数十伏的电压转换成千伏量级的高电压。但是现有功率处理单元和控制处理单元与离子液体电推进装置并没有集成在一起,这样导致离子液体电推进装置的使用难度较高。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种离子液体电推进装置，将功率处理单元和控制处理单元与集成在离子液体电推进装置内部,仅通过电源接口和控制接口与航天器实现电能和控制交互，降低使用难度。
本发明的一个实施例提供了一种离子液体电推进装置，包括
壳体，所述壳体上设有通孔、第一避让口和第二避让口；
电极片，安装在所述通孔处，所述电极片上设有电极孔；
发射器，安装在所述壳体内部，所述发射器上设有对准各个所述电极孔的发射单元；
推进剂供应装置，设在所述壳体内部，所述推进剂供应装置与所述发射器连接；
控制处理板，设在所述壳体内部，所述控制处理板用于获取航天器提供的低电压；
功率处理板，设在所述壳体内部并与所述控制处理板连接，所述功率处理板用于将航天器低电压转换成离子液体电推进装置所需要的高电压，所述功率处理板上的电源接口穿设在所述第一避让口中，所述功率处理板上的控制接口穿设在所述第二避让口中；
高压接线柱，设在所述壳体内部，所述高压接线柱的两极分别与所述功率处理板上的高压输出端口连接，所述电极片与所述高压接线柱上的零电势极相连，所述发射器与所述高压接线柱上的高电势极相连。
本发明实施例的离子液体电推进装置至少具有如下有益效果：推进剂供应装置与发射器连接，用于将推进剂供送到发射器上，发射器通过静电场将推进剂电离使其产生带电粒子，带电粒子通过发射单元从电极孔发射出，从而实现电推进，本申请将控制处理板和功率处理板集成设置在离子液体电推进装置内部，仅通过电源接口和控制接口与航天器实现电能和控制交互，降低使用难度。
根据本发明的另一些实施例的离子液体电推进装置，所述壳体的外部包覆有屏蔽层，所述屏蔽层上设有两个穿孔，两个所述穿孔分别对准所述第一避让口和所述第二避让口。
根据本发明的另一些实施例的离子液体电推进装置，所述壳体包括第一外壳和第二外壳，所述第一外壳与所述第二外壳连接，所述发射器、电极片和所述推进剂供应装置均安装在所述第一外壳内部，所述控制处理板和所述功率处理板均安装在所述第二外壳内部，所述高压接线柱安装在所述第二外壳上。
根据本发明的另一些实施例的离子液体电推进装置，所述推进剂供应装置包括推进剂箱和推进剂输送器，所述推进剂箱固定在所述第一外壳的内部，所述推进剂输送器设在所述推进剂箱内部并与所述发射器连接。
根据本发明的另一些实施例的离子液体电推进装置，所述第一外壳的内部设有支撑架，所述支撑架上设有第一装配台阶和装配口，所述发射器的边缘安装在所述第一装配台阶上，所述推进剂输送器穿设在所述装配口中并与所述发射器连接。
根据本发明的另一些实施例的离子液体电推进装置，所述支撑架固定在所述推进剂箱与所述通孔的边沿之间。
根据本发明的另一些实施例的离子液体电推进装置，所述支撑架上设有第二装配台阶，所述电极片的边缘装配在所述第二装配台阶中，所述电极片的边缘夹紧在所述第二装配台阶与所述通孔的边沿之间。
根据本发明的另一些实施例的离子液体电推进装置，所述第二外壳内部设有支撑柱，所述控制处理板上设有第一连接孔，所述功率处理板上设有第二连接孔，所述控制处理板通过所述第一连接孔安装在所述支撑柱上，所述功率处理板通过所述第二连接孔安装在所述支撑柱上。
根据本发明的另一些实施例的离子液体电推进装置，所述第二外壳的底部设有开口，所述开口的内侧设有限位块，所述开口处装配底板，所述底板与所述限位块连接，所述底板与所述第二外壳底部的开口端平齐。
根据本发明的另一些实施例的离子液体电推进装置，所述控制处理板的边缘设有第一缺口，所述功率处理板的边缘设有第二缺口，所述第一缺口和所述第二缺口用于避让所述限位块。
附图说明
图1是本发明一个实施例的轴侧剖视图；
图2是图1所示实施例的侧向剖视图；
图3是图1所示实施例中支撑架的轴侧剖视图；
图4是图1所示实施例中第一外壳的轴侧剖视图；
图5是图1所示实施例中第二外壳的结构示意图；
图6是图1所示实施例中第二外壳的轴侧剖视图；
图7是图1所示实施例中屏蔽层的轴侧剖视图；
图8是图1所示实施例中推进剂输送器的轴侧剖视图；
图9是图1所示实施例中功率处理板的结构示意图；
图10是图1所示实施例中控制处理板的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
在本发明实施例的描述中，如果涉及到方位描述，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明实施例的描述中，如果某一特征被称为“设置”、“固定”、“连接”、“安装”在另一个特征，它可以直接设置、固定、连接在另一个特征上，也可以间接地设置、固定、连接、安装在另一个特征上。在本发明实施例的描述中，如果涉及到“若干”，其含义是一个以上，如果涉及到“多个”，其含义是两个以上，如果涉及到“大于”、“小于”、“超过”，均应理解为不包括本数，如果涉及到“以上”、“以下”、“以内”，均应理解为包括本数。如果涉及到“第一”、“第二”，应当理解为用于区分技术特征，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
离子液体是一类完全由阴阳离子组成的常温下呈液态的盐，具有饱和蒸气压低、电导率高、液态范围宽和绿色无毒等诸多优良性质。
离子液体电推进是一类利用静电场电离离子液体，并通过静电场电离产生带电粒子的电推进方式。基于在液相条件下电离推进剂的电离机制，离子液体电推力器具有微型化能力好、推进性能突出等特点，特别适合微小型航天器的推进应用。特别地，由于离子液体同时包含阴阳离子，通过控制外加电压的正负极性，离子液体电推力器既可以发射带正电的阳离子，也可以发射带负电的阴离子，因而具有不依靠外加电荷中和器的电荷自中和能力，形成离子液体电离和加速所需要的静电场需要高达千伏量级的电压，因此离子液体电推力器的使用通常需要配备相应的功率处理单元来实现将航天器提供的数十伏的电压转换成千伏量级的高电压。但是现有功率处理单元和控制处理单元与离子液体电推进装置并没有集成在一起,这样导致离子液体电推进装置的使用难度较高。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种离子液体电推进装置。
参见图1至图10，离子液体电推进装置包括壳体100、电极片200、发射器300、推进剂供应装置400、控制处理板500、功率处理板600和高压接线柱121，壳体100上设有通孔111、第一避让口122和第二避让口123，电极片200安装在通孔111处，电极片200上设有电极孔201，发射器300安装在壳体100内部，发射器300上设有对准各个电极孔201的发射单元301，推进剂供应装置400设在壳体100内部，推进剂供应装置400与发射器300连接，控制处理板500设在壳体100内部，控制处理板500用于获取航天器提供的低电压，功率处理板600设在壳体100内部并与控制处理板500连接，功率处理板600用于将航天器低电压转换成离子液体电推推进装置所需要的高电压，功率处理板600上的电源接口602穿设在第一避让口122中，功率处理板600上的控制接口601穿设在第二避让口123中，高压接线柱121设在壳体100内部，高压接线柱121的两极分别与功率处理板600上的高压输出端口连接，电极片200与高压接线柱121上的零电势极相连，发射器300与高压接线柱121上的高电势极相连。
本申请将控制处理板500和功率处理板600集成设置在离子液体电推进装置内部，并仅通过电源接口602和控制接口601与航天器实现电能和控制交互，可以大幅提升离子液体电推进装置的通用性，降低使用难度。
具体的，壳体100的顶部设置矩形的通孔111，电极片200为矩形结构，电极片200采用导电材料制备得到，电极片200的中间区域布满电极孔201，电极片200水平安装在壳体100的通孔111处，电极片200上布满电极孔201的区域位于通孔111中部。
发射器300由导电材料制备得到，发射器300安装在壳体100的内部，发射器300位于电极片200的下侧并与电极片200相互间隔，发射器300朝向电极片200的一侧设有多个凸起的发射单元301，每个发射单元301对准一个电极片200上的电极孔201。
推进剂供应装置400与发射器300连接，用于将推进剂供送到发射器300上，发射器300通过静电场将推进剂电离使其产生带电粒子，带电粒子通过发射单元301从电极孔201发射出，从而实现电推进。
在一些实施例中，壳体100包括第一外壳110和第二外壳120，第一外壳110与第二外壳120连接，发射器300、电极片200和推进剂供应装置400均安装在第一外壳110内部，控制处理板500和功率处理板600均安装在第二外壳120内部，高压接线柱121安装在第二外壳120上。
具体的，第一外壳110和第二外壳120均由绝缘材料制备得到，第一外壳110固定在第二外壳120的上方，通孔111设置在第一外壳110的顶部，由于发射器300、电极片200和推进剂供应装置400均安装在第一外壳110内部，控制处理板500和功率处理板600均安装在第二外壳120内部，这样将壳体100分为两个外壳能够实现离子液体电推进装置内部的模块化管理，当第一外壳110内部的零件出现异常时直接拆开第一外壳110进行检修即可，不用牵涉到第二外壳120内部的零件。
推进剂供应装置400包括推进剂箱410和推进剂输送器420，推进剂箱410固定在第一外壳110的内部，推进剂输送器420设在推进剂箱410内部并与发射器300连接。
具体的，推进剂箱410由绝缘且不渗透离子液体的材料制备得到，推进剂箱410为顶部敞口的矩形箱体。
第一外壳110的整体结构也是矩形箱体结构，第一外壳110的顶部设置通孔111，第一外壳110底部为敞口结构，因此第一外壳110为上下贯通的矩形箱体结构，第一外壳110的四个侧板的底部均设有向内突出的凸块113，推进剂箱410安装在第一外壳110之后，推进剂箱410的底部卡紧在四个凸块113之间，保证推进剂箱410在第一外壳110内部安装牢固。
参见图8，推进剂输送器420包括竖直的支撑杆421和水平设置的平板422，支撑杆421竖直设置在推进剂箱410内部，平板422安装在支撑杆421的顶部并连接发射器300。
推进剂输送器420是采用渗透离子液体的材料制备得到，推进剂输送器420能够将推进剂箱410中储存的推进剂输送到发射器300上。
为了保证发射器300与推进剂输送器420在壳体100内部安装牢固，在一些实施例中，第一外壳110的内部设有支撑架130，支撑架130上设有第一装配台阶131和装配口132，发射器300的边缘安装在第一装配台阶131上，推进剂输送器420穿设在装配口132中并与发射器300连接。
具体的，支撑架130由绝缘材料制备得到，支撑架130为矩形框架结构，支撑架130的内部空间即为装配口132，支撑架130底部环设有向内突出的凸台133，该凸台133与支撑架130的内壁共同形成第一装配台阶131，安装过程中，发射器300安装到第一装配台阶131中，推进剂输送器420的平板422穿设在装配口132中并与发射器300的底面连接，且推进剂输送器420的平板422与凸台133保持平齐。
在一些实施例中，支撑架130固定在推进剂箱410与通孔111的边沿112之间。
具体的，第一外壳110的顶部具有向内水平弯折的边沿112，第一外壳110顶部的边沿112围合形成通孔111，支撑架130卡紧在推进剂箱410的敞口端与第一外壳110顶部的边沿112之间。
为了保证电极片200在第一壳体100的通孔111处安装牢固，在一些实施例中，支撑架130上设有第二装配台阶134，电极片200的边缘装配在第二装配台阶134中，电极片200的边缘夹紧在第二装配台阶134与通孔111的边沿112之间。
具体的，支撑架130上的第二装配台阶134设在支撑架130的顶部，电极片200装配到支撑架130的第二装配台阶134上，当支撑架130的顶部与第一外壳110顶部的边沿112连接之后，电极片200的外缘会夹紧在第一外壳110的顶部边沿112与第二装配台阶134之间，保证电极片200在第一外壳110的通孔111处安装牢固。
第二外壳120内部设有支撑柱124，控制处理板500上设有第一连接孔501，功率处理板600上设有第二连接孔603，控制处理板500通过第一连接孔501安装在支撑柱124上，功率处理板600通过第二连接孔603安装在支撑柱124上。
具体的，控制处理板500的四角处均设有一个第一连接孔501，功率处理板600的四角处均设有一个第二连接孔603，第二外壳120内部竖直设置四根支撑柱124，控制处理板500的四个第一连接孔501套在四根支撑柱124上固定，功率处理板600的四个第二连接孔603套在四根支撑柱124上固定，其中控制处理板500位于功率处理板600的下方。
为了方便将功率处理板600和控制处理板500安装在第二外壳120的内部，在一些实施例中，第二外壳120的底部设有开口，开口的内侧设有限位块125，开口处装配底板126，底板126与限位块125连接，底板126与第二外壳120底部的开口端平齐。
具体的，第二外壳120底部开口的横截面与第二外壳120的横截面相同，第二外壳120的四个侧面内部均设有一个限位块125，限位块125向第二外壳120内部凸起，限位块125与第二外壳120底部的开口端面间隔一定距离形成装配底板126的台阶，底板126装配到该台阶中之后会与第二外壳120的底部开口端面保持平齐。
安装过程中，从第二外壳120的底部的开口处将功率处理板600和控制处理板500穿设在支撑柱124上固定，安装完成之后将底板126安装在开口处，限位块125起到限位的作用，使得底板126安装到开口处时与开口的端面保持平齐。
参见图9、图10，在另外一些实施例中，控制处理板500的边缘设有第一缺口502，功率处理板600的边缘设有第二缺口604，第一缺口502和第二缺口604用于避让限位块125。
具体的，控制处理板500的四个边上均设有第一缺口502，功率处理板600的四个边上均设有第二缺口604，安装过程中第一缺口502和第二缺口604起到四个避让限位块125的作用，防止控制处理板500和功率处理板600与限位块125出现干涉。
由于离子液体电推进工作时需要高达千伏量级的电压，高压电路通常会对周围空间形成电磁辐射干扰，从而影响其他电子元器件，特别是对航天器通信产生影响，为了解决这一技术问题，在一些实施例中，壳体100的外部包覆有屏蔽层700。
具体的，屏蔽层700采用导电材料制备得到，屏蔽层700分为两部分，其中第一部分包覆在第一外壳110和第二外壳120的外壁，第二部分包覆在底板126的底侧。
需要说明的是，为了保证功率处理板600上的控制接口601以及电源接口602伸出，包覆在第一外壳110和第二外壳120上的屏蔽层700上设有两个穿孔701，两个穿孔701分别对准第一避让口122和第二避让口123，以便功率处理板600上的控制接口601和电源接口602穿设出来。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
Claims (10)
1.一种离子液体电推进装置，其特征在于：包括
壳体，所述壳体上设有通孔、第一避让口和第二避让口；
电极片，安装在所述通孔处，所述电极片上设有电极孔；
发射器，安装在所述壳体内部，所述发射器上设有对准各个所述电极孔的发射单元；
推进剂供应装置，设在所述壳体内部，所述推进剂供应装置与所述发射器连接；
控制处理板，设在所述壳体内部，所述控制处理板用于获取航天器提供的低电压；
功率处理板，设在所述壳体内部并与所述控制处理板连接，所述功率处理板用于将航天器低电压转换成离子液体电推进装置所需要的高电压，所述功率处理板上的电源接口穿设在所述第一避让口中，所述功率处理板上的控制接口穿设在所述第二避让口中；
高压接线柱，设在所述壳体内部，所述高压接线柱的两极分别与所述功率处理板上的高压输出端口连接，所述电极片与所述高压接线柱上的零电势极相连，所述发射器与所述高压接线柱上的高电势极相连。
2.根据权利要求1所述的离子液体电推进装置，其特征在于：所述壳体的外部包覆有屏蔽层，所述屏蔽层上设有两个穿孔，两个所述穿孔分别对准所述第一避让口和所述第二避让口。
3.根据权利要求1所述的离子液体电推进装置，其特征在于：所述壳体包括第一外壳和第二外壳，所述第一外壳与所述第二外壳连接，所述发射器、电极片和所述推进剂供应装置均安装在所述第一外壳内部，所述控制处理板和所述功率处理板均安装在所述第二外壳内部，所述高压接线柱安装在所述第二外壳上。
4.根据权利要求3所述的离子液体电推进装置，其特征在于：所述推进剂供应装置包括推进剂箱和推进剂输送器，所述推进剂箱固定在所述第一外壳的内部，所述推进剂输送器设在所述推进剂箱内部并与所述发射器连接。
5.根据权利要求4所述的离子液体电推进装置，其特征在于：所述第一外壳的内部设有支撑架，所述支撑架上设有第一装配台阶和装配口，所述发射器的边缘安装在所述第一装配台阶上，所述推进剂输送器穿设在所述装配口中并与所述发射器连接。
6.根据权利要求5所述的离子液体电推进装置，其特征在于：所述支撑架固定在所述推进剂箱与所述通孔的边沿之间。
7.根据权利要求6所述的离子液体电推进装置，其特征在于：所述支撑架上设有第二装配台阶，所述电极片的边缘装配在所述第二装配台阶中，所述电极片的边缘夹紧在所述第二装配台阶与所述通孔的边沿之间。
8.根据权利要求3所述的离子液体电推进装置，其特征在于：所述第二外壳内部设有支撑柱，所述控制处理板上设有第一连接孔，所述功率处理板上设有第二连接孔，所述控制处理板通过所述第一连接孔安装在所述支撑柱上，所述功率处理板通过所述第二连接孔安装在所述支撑柱上。
9.根据权利要求3所述的离子液体电推进装置，其特征在于：所述第二外壳的底部设有开口，所述开口的内侧设有限位块，所述开口处装配底板，所述底板与所述限位块连接，所述底板与所述第二外壳底部的开口端平齐。
10.根据权利要求9所述的离子液体电推进装置，其特征在于：所述控制处理板的边缘设有第一缺口，所述功率处理板的边缘设有第二缺口，所述第一缺口和所述第二缺口用于避让所述限位块。
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