CN115163440A - 一种用于固体工质的霍尔推力器阳极结构 - Google Patents

Abstract

一种用于固体工质的霍尔推力器阳极结构，属于霍尔推力器技术领域，本发明为解决现有霍尔推力器采用固体工质供气存在固体产生的蒸气进入常温阳极结构后凝结，导致无法正常启动的问题。本发明包括阳极底座、轴向缓冲室和径向缓冲室，还包括加热单元，加热单元包括阳极绝缘垫、阳极加热正、负引线柱和阳极加热器；阳极加热器悬空设置于轴向缓冲室的腔内；阳极加热正、负引线柱分别从两个轴向电极安装通孔伸入轴向缓冲室中支撑阳极加热器并固定连接；在轴向电极安装通孔中沿轴向对称安装一对阳极绝缘垫；阳极加热正引线柱、阳极加热负引线柱接入外部电源令阳极加热器工作升温，阳极加热器用于对进入阳极结构的固体工质蒸气加热。

Description

一种用于固体工质的霍尔推力器阳极结构

技术领域

本发明属于霍尔推力器技术领域。

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，内外磁体和磁极磁屏共同在通道内产生磁场，阴极发射的电子进入放电通道内在正交电磁场的作用下做霍尔漂移，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。

目前霍尔推力器普遍采用气体作为工质，气体工质存储密度低，存储难度大，价格高，气体工质的储供系统涉及到减压、稳压等环节，结构复杂，可靠性低，固体工质具有存储密度大，常温方便存储的特点，采用固体作为工质可以有效解决上述问题，但存在固体产生的蒸气易在常温下凝结的问题，使得使用传统阳极结构的霍尔推力器很难在下常温下独立启动。

因此，针对以上不足，需要提供一种阳极结构，该阳极结构能与固体工质配合，当固体工质产生的蒸气进入阳极结构后不会凝结。

发明内容

针对现有霍尔推力器采用固体工质供气存在固体产生的蒸气进入常温阳极结构后凝结，导致无法正常启动的问题，本发明提供一种用于固体工质的霍尔推力器阳极结构。

本发明所述一种用于固体工质的霍尔推力器阳极结构，包括阳极底座1、轴向缓冲室2和径向缓冲室3，阳极底座1为环形板，阳极底座1上方依次设置轴向缓冲室2和径向缓冲室3，固体工质产生的蒸气经进气管10进入阳极结构，依次经过轴向缓冲室2和径向缓冲室3匀化后喷出；

其特征在于，还包括加热单元，所述加热单元包括阳极绝缘垫4、阳极加热正引线柱5、阳极加热负引线柱6和阳极加热器7；所述阳极加热器7为截面为矩形的圆环结构，阳极加热器7悬空设置于轴向缓冲室2的腔内；

阳极加热正引线柱5、阳极加热负引线柱6分别从两个轴向电极安装通孔伸入轴向缓冲室2中支撑阳极加热器7并固定连接；

在轴向电极安装通孔中沿轴向对称安装一对阳极绝缘垫4，所述阳极绝缘垫4用于阳极加热正引线柱5与阳极底座1之间或阳极加热负引线柱6与阳极底座1之间的绝缘；

阳极加热正引线柱5、阳极加热负引线柱6接入外部电源令阳极加热器7工作升温，阳极加热器7用于对进入阳极结构的固体工质蒸气加热。

优选地，阳极加热正引线柱5、阳极加热负引线柱6的顶端设置有内螺纹安装孔，并通过沉头螺钉与阳极加热器7连接在一起。

优选地，阳极加热正引线柱5顶端设置外螺纹段，阳极底座1、阳极绝缘垫4、阳极加热正引线柱5通过螺母压紧在一个轴向电极安装通孔轴向电极安装通孔中；

阳极加热负引线柱6顶端设置外螺纹段，阳极底座1、阳极绝缘垫4、阳极加热负引线柱6通过螺母压紧在另一个轴向电极安装通孔轴向电极安装通孔中。

优选地，轴向缓冲室2为圆环形封闭腔室，轴向缓冲室2的环形底板固定于阳极底座1上，轴向缓冲室2的环形顶板沿周向设置一圈轴向出气孔，固体工质蒸气通过轴向出气孔进入径向缓冲室3中。

优选地，径向缓冲室3为圆环形封闭腔室，径向缓冲室3的环底板固定于轴向缓冲室2的环形顶板上，且轴向缓冲室2设置的一圈轴向出气孔同时贯穿径向缓冲室3的环形底板；径向缓冲室3的内侧壁和外侧壁各设置一圈径向出气孔，用于将匀化后气体从阳极结构喷出至霍尔推力器的放电通道中。

优选地，阳极加热器7的材料采用石墨。

优选地，阳极绝缘垫4的材料采用氮化硼陶瓷。

本发明的有益效果：本发明所述的一种用于固体工质的霍尔推力器阳极结构，通过在阳极内部加装加热器，使得霍尔推力器可以使用固体工质并能实现独立启动，进而解决霍尔推力器工质存储密度低，存储难度大，存储结构复杂的问题。阳极加热器和两个阳极加热引线柱与阳极内壁电绝缘，保留了阳极本身的完整功能。采用轴向缓冲室和径向缓冲室两个混合腔将通入阳极的气体依次进行轴向匀化和径向匀化，并且径向缓冲室采用径向出气，既保证了气体的均匀性，又有效控制了阳极的厚度。

附图说明

图1是本发明所述用于固体工质的霍尔推力器阳极结构的立体结构示意图；

图2是本发明所述用于固体工质的霍尔推力器阳极结构的剖视图，纵向轴截面过阳极供电电极和进气管；

图3是本发明所述用于固体工质的霍尔推力器阳极结构的剖视图，纵向轴截面过加热正、负引线柱；

图4是图3的A处局部放大图。

1、阳极底座；2、轴向缓冲室；3、径向缓冲室；4、阳极绝缘垫；5、阳极加热正引线柱；6、阳极加热负引线柱；7、阳极加热器；8、沉头螺钉；9、阳极供电电极；10、进气管。

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作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

具体实施方式一：下面结合图1至4说明本实施方式，本实施方式所述一种用于固体工质的霍尔推力器阳极结构，包括阳极底座1、轴向缓冲室2和径向缓冲室3，阳极底座1为环形板，阳极底座1上方依次设置轴向缓冲室2和径向缓冲室3，固体工质产生的蒸气经进气管10进入阳极结构，依次经过轴向缓冲室2和径向缓冲室3匀化后喷出；

其特征在于，还包括加热单元，所述加热单元包括阳极绝缘垫4、阳极加热正引线柱5、阳极加热负引线柱6和阳极加热器7；所述阳极加热器7为截面为矩形的圆环结构，阳极加热器7悬空设置于轴向缓冲室2的腔内；

阳极加热正引线柱5、阳极加热负引线柱6分别从两个轴向电极安装通孔轴向电极安装通孔伸入轴向缓冲室2中支撑阳极加热器7并固定连接；

在轴向电极安装通孔轴向电极安装通孔中沿轴向对称安装一对阳极绝缘垫4，所述阳极绝缘垫4用于阳极加热正引线柱5与阳极底座1之间或阳极加热负引线柱6与阳极底座1之间的绝缘；

阳极加热正引线柱5、阳极加热负引线柱6接入外部电源令阳极加热器7工作升温，阳极加热器7用于对进入阳极结构的固体工质蒸气加热。

阳极加热正引线柱5、阳极加热负引线柱6的顶端设置有内螺纹安装孔，并通过沉头螺钉与阳极加热器7连接在一起。通过沉头螺钉将阳极加热正引线柱5、阳极加热负引线柱6和阳极加热器7固定。

阳极加热正引线柱5顶端设置外螺纹段，阳极底座1、阳极绝缘垫4、阳极加热正引线柱5通过螺母压紧在一个轴向电极安装通孔轴向电极安装通孔中；

阳极加热负引线柱6顶端设置外螺纹段，阳极底座1、阳极绝缘垫4、阳极加热负引线柱6通过螺母压紧在另一个轴向电极安装通孔轴向电极安装通孔中。

轴向缓冲室2为圆环形封闭腔室，轴向缓冲室2的环形底板固定于阳极底座1上，轴向缓冲室2的环形顶板沿周向设置一圈轴向出气孔，固体工质蒸气通过轴向出气孔进入径向缓冲室3中。

径向缓冲室3为圆环形封闭腔室，径向缓冲室3的环底板固定于轴向缓冲室2的环形顶板上，且轴向缓冲室2设置的一圈轴向出气孔同时贯穿径向缓冲室3的环形底板；径向缓冲室3的内侧壁和外侧壁各设置一圈径向出气孔，用于将匀化后气体从阳极结构喷出至霍尔推力器的放电通道中。

阳极加热器7的材料采用石墨。

阳极绝缘垫4的材料采用氮化硼陶瓷。

所述阳极底座1的下端面通过若干螺纹柱与放电通道底部固定连接，且其中一个螺纹柱为空心进气螺纹柱。

参见图4，本实施方式中轴向缓冲室2和径向缓冲室3的环形底板均取消，以节约材料，降低设备重量，部件之间采用焊接方式，阳极底座1和轴向缓冲室2的两个接触面均在外侧焊接形成焊缝B、C，轴向缓冲室2和径向缓冲室3的两个接触面均在外侧焊接形成焊缝A、D。

工作原理：固体工质产生蒸气，通过进气管10进入阳极结构，首先进入轴向缓冲室2，轴向缓冲室2的环形顶板沿周向设置一圈轴向出气孔，其目的是将气体轴向匀化并输出至下一级的径向缓冲室3，更重要的是，轴向缓冲室2设置有阳极加热器7，阳极加热正引线柱5、阳极加热负引线柱6接入外部电源令阳极加热器7工作升温，对进入该腔室的气体进行加热，其作用是避免固体工质蒸气凝结，本实施方式中的阳极加热器7是悬空设置于轴向缓冲室2中部的，则其对气体的加热不但均匀而且加热面积也大，使得经过轴向缓冲室2进入径向缓冲室3的气体能被充分的、均匀的加热，避免蒸气在喷出阳极结构之前凝结。而且，本实施方式的加热单元不另外占用霍尔推力器的其它空间，仅利用阳极结构中气体的必经之路上空闲空间来实现，设计精巧，在不增加设备体积的情况下完成对气体加热的任务。进入径向缓冲室3的气体再分别通过内侧壁和外侧壁两圈径向出气孔喷出至放电通道中，既保证了气体的均匀性，又有效控制了阳极的厚度。

阳极底座1的下端面通过若干螺纹柱与放电通道底部固定连接，且其中一个螺纹柱为空心进气螺纹柱作为进气管10。

本实施方式的阳极结构关于放电通道中径线对称，保证从阳极两侧扩散的气体关于放电通道中径线对称，有利于气体在通道内的均匀扩散。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其它所述实施例中。

Claims (7)

1.一种用于固体工质的霍尔推力器阳极结构，包括阳极底座(1)、轴向缓冲室(2)和径向缓冲室(3)，阳极底座(1)为环形板，阳极底座(1)上方依次设置轴向缓冲室(2)和径向缓冲室(3)，固体工质产生的蒸气经进气管(10)进入阳极结构，依次经过轴向缓冲室(2)和径向缓冲室(3)匀化后喷出；

其特征在于，还包括加热单元，所述加热单元包括阳极绝缘垫(4)、阳极加热正引线柱(5)、阳极加热负引线柱(6)和阳极加热器(7)；所述阳极加热器(7)为截面为矩形的圆环结构，阳极加热器(7)悬空设置于轴向缓冲室(2)的腔内；

阳极加热正引线柱(5)、阳极加热负引线柱(6)分别从两个轴向电极安装通孔伸入轴向缓冲室(2)中支撑阳极加热器(7)并固定连接；

在轴向电极安装通孔中沿轴向对称安装一对阳极绝缘垫(4)，所述阳极绝缘垫(4)用于阳极加热正引线柱(5)与阳极底座(1)之间或阳极加热负引线柱(6)与阳极底座(1)之间的绝缘；

阳极加热正引线柱(5)、阳极加热负引线柱(6)接入外部电源令阳极加热器(7)工作升温，阳极加热器(7)用于对进入阳极结构的固体工质蒸气加热。

2.根据权利要求1所述一种用于固体工质的霍尔推力器阳极结构，其特征在于，阳极加热正引线柱(5)、阳极加热负引线柱(6)的顶端设置有内螺纹安装孔，并通过沉头螺钉与阳极加热器(7)连接在一起。

3.根据权利要求1所述一种用于固体工质的霍尔推力器阳极结构，其特征在于，阳极加热正引线柱(5)顶端设置外螺纹段，阳极底座(1)、阳极绝缘垫(4)、阳极加热正引线柱(5)通过螺母压紧在一个轴向电极安装通孔中；

阳极加热负引线柱(6)顶端设置外螺纹段，阳极底座(1)、阳极绝缘垫(4)、阳极加热负引线柱(6)通过螺母压紧在另一个轴向电极安装通孔中。

4.根据权利要求1所述一种用于固体工质的霍尔推力器阳极结构，其特征在于，轴向缓冲室(2)为圆环形封闭腔室，轴向缓冲室(2)的环形底板固定于阳极底座(1)上，轴向缓冲室(2)的环形顶板沿周向设置一圈轴向出气孔，固体工质蒸气通过轴向出气孔进入径向缓冲室(3)中。

5.根据权利要求4所述一种用于固体工质的霍尔推力器阳极结构，其特征在于，径向缓冲室(3)为圆环形封闭腔室，径向缓冲室(3)的环底板固定于轴向缓冲室(2)的环形顶板上，且轴向缓冲室(2)设置的一圈轴向出气孔同时贯穿径向缓冲室(3)的环形底板；径向缓冲室(3)的内侧壁和外侧壁各设置一圈径向出气孔，用于将匀化后气体从阳极结构喷出至霍尔推力器的放电通道中。

6.根据权利要求1所述一种用于固体工质的霍尔推力器阳极结构，其特征在于，阳极加热器(7)的材料采用石墨。

7.根据权利要求1所述一种用于固体工质的霍尔推力器阳极结构，其特征在于，阳极绝缘垫(4)的材料采用氮化硼陶瓷。

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