CN115681053B - 一种自维持霍尔推力系统的运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自维持霍尔推力系统的运行方法，属于空间推进技术领域，包括以下步骤：向霍尔推力器内通入工质气体，通过加热件加热电子发射体产生电子，等离子体输出霍尔推力器后朝向阴极器的方向进行束流，通过等离子体对电子发射体进行加热，将加热件与电源之间的电连接切断，使系统自维持运行；本发明的自放电自维持霍尔推力系统的运行方法，在启动时，可依靠加热件对电子发射体进行加热从而产生电子，通过电子发射体和阳极之间配合进行工质气体的电离，等离子体束流轰击并加热电子发射体，使电子发射体产生电子，以维持稳定的放电，此后可关闭加热件的电源，节省功耗。

Description

一种自维持霍尔推力系统的运行方法

技术领域

本发明涉及空间推进技术领域，具体涉及一种自维持霍尔推力系统的运行方法。

背景技术

在航天器推进中，霍尔推力器是电推力器(Electric thruster)的一种，霍尔推力器可使用多种推进剂，最常用的是氙。其他推进剂还包括氪、氩、铋、碘、镁和锌等。使用时，霍尔推力器将电子约束在磁场中，并利用电子电离推进剂，利用电场加速离子产生推力，并中和束流中的离子。

现有技术的霍尔推力器，一般采用空心阴极或热阴极产生电子，通过对空心阴极注入气体并加热可产生电子，而热阴极直接进行加热即可产生电子，部分电子在阳极高电势的吸引下向放电通道内迁移，并被正交电磁场约束做周向霍尔漂移，在此过程中与沿放电通道轴向运动的推进剂发生电离碰撞，产生离子，离子在电子产生的电势降与阳极高压的作用下被加速至万米每秒的速度迅速喷出放电通道，形成束流离子，产生推力。

然而，采用现有技术的方案，空心阴极或热阴极的运行需要功率或气体的持续提供，在微低功率霍尔推进系统中，热阴极的功率占比较大，导致系统的总推力效率降低，使系统推功比降低。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的霍尔推力器需要采用热阴极持续消耗功率的缺陷，从而提供一种自维持霍尔推力系统的运行方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种自维持霍尔推力系统的运行方法，包括：霍尔推力器和设置在所述霍尔推力器外部的阴极器，运行时包括以下步骤：

向霍尔推力器内通入工质气体；

将阴极器的加热件与电源电连接，通过所述加热件的加热使所述阴极器的电子发射体产生电子，从而对所述霍尔推力器内的工质气体进行电离生成等离子体，所述等离子体输出霍尔推力器后朝向阴极器的方向进行束流；

等离子体束流与电子发射体接触后，通过等离子体对电子发射体进行加热，将加热件与电源之间的电连接切断，使系统自维持运行。

可选地，所述霍尔推力器的阳极与第一电源的正极电连接。

可选地，所述阴极器的电子发射体与第一电源的负极电连接。

可选地，所述霍尔推力器的壳体与第一电源的负极电连接。

可选地，所述电子发射体为环形结构，工作时，所述等离子体形成的束流通过所述电子发射体的内环向外喷射。

可选地，所述加热件为设置在所述电子发射体外圈的环形结构。

可选地，所述阴极器的外壳内形成有用于安装所述霍尔推力器的安装腔。

可选地，所述阴极器的加热件连接的电源为第二电源。

可选地，所述工质气体通过气体分配器通入霍尔推力器的壳体。

可选地，所述气体分配器与阳极为一体结构。

本发明技术方案，具有如下优点：

本发明提供的自放电自维持霍尔推力系统的运行方法，在启动时，可依靠加热件对电子发射体进行加热从而产生电子，电子发射体作为阴极与壳体内的阳极进行配合，通过电子发射体和阳极之间进行工质气体的电离，生成等离子体，然后等离子体束流被引出壳体的放电通道，被引出的等离子体轰击并加热电子发射体，使电子发射体产生电子，部分电子继续参与工质气体的电离，以维持稳定的放电，此后可关闭加热件的电源，节省功耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的实施例中提供的自维持霍尔推力系统的运行方法的一种实施方式的流程图；

图2为本发明的实施例中提供的自维持霍尔推力系统的一种实施方式的主视剖视图；

图3为图2中阴极器的主视剖视图；

图4为本发明的实施例中提供的自维持霍尔推力系统的第二种实施方式的主视剖视图。

附图标记说明：

1、霍尔推力器；2、壳体；3、阳极；4、阴极器；5、外壳；6、电子发射体；7、加热件；8、放电通道；9、第一电源；10、第二电源。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本实施例提供的自放电自维持霍尔推力系统的运行方法，适用于微功率运行。

如图1所示，为本实施例提供的自维持霍尔推力系统的运行方法的一种具体实施方式，包括：霍尔推力器1和设置在所述霍尔推力器1外部的阴极器4，运行时，包括以下步骤：

向霍尔推力器1内通入工质气体；

将阴极器4的加热件7与电源电连接，通过所述加热件7的加热使所述阴极器4的电子发射体6产生电子，从而对所述霍尔推力器1内的工质气体进行电离生成等离子体，所述等离子体输出霍尔推力器1后朝向阴极器4的方向进行束流；

等离子体束流与电子发射体6接触后，通过等离子体对电子发射体6进行加热，将加热件7与电源之间的电连接切断，使系统自维持运行。

本实施例提供的自放电自维持霍尔推力系统的运行方法，在启动时，可依靠加热件7对电子发射体6进行加热从而产生电子，电子发射体6作为阴极与壳体2内的阳极3进行配合，通过电子发射体6和阳极3之间进行工质气体的电离，生成等离子体，然后等离子体束流被引出壳体2的放电通道8，被引出的等离子体轰击并加热电子发射体6，使电子发射体6产生电子，部分电子继续参与工质气体的电离，以维持稳定的放电，此后可关闭加热件7的电源，节省功耗。

如图2所示，本实施例提供的自维持霍尔推力系统中，所述霍尔推力器1的阳极3与第一电源9的正极电连接，所述霍尔推力器1的壳体2与第一电源9的负极电连接；工作时，通过所述阳极3与所述壳体2之间的放电，对工质气体进行电离。进一步的，所述阴极器4的电子发射体6与第一电源9的负极电连接；通过该设置，当在霍尔推力器1的壳体2内积累足够的等离子体后，通过切断壳体2与第一电源9的电连接，仅保留电子发射体6与第一电源9的电连接，仅使电子发射体6作为阴极，可对等离子体朝向电子发射体6方向进行引导，从而使等离子体更加快速的通过放电通道8向外喷出。另外，作为一种可替换实施方式，可仅使所述阴极器4的电子发射体6与第一电源9的负极电连接，从而在启动之初，通过电子发射体6作为负极与霍尔推力器1的阳极3配合对工质气体进行电离。另外，也可以仅使所述霍尔推力器1的壳体2与第一电源9的负极电连接，从而使被电离的工质气体被自然的朝向电子发射体方向束流。

如图3所示，本实施例提供的自维持霍尔推力系统中，所述电子发射体6为环形结构，工作时，所述等离子体形成的束流通过所述电子发射体6的内环向外喷射。

所述加热件7为设置在所述电子发射体6外圈的环形结构。

所述阴极器4的外壳5内形成有用于安装所述霍尔推力器1的安装腔。

如图4所示，为本实施例提供的自维持霍尔推力系统的第二种实施方式，其中，所述阴极器4的加热件7与第二电源10电连接，通过所述第二电源10用于使所述加热件7进行加热工作。所述霍尔推力器1的阳极3与第一电源9电连接，所述电子发射体6与所述第一电源9的负极电连接。通过上述设置，将加热件7的电源和用于电离的高压电源进行分开设置，可进行分别控制，保证工作稳定性。另外，作为一种可替换实施方式，所述加热件7的也可以与所述第一电源9电连接，通过所述第一电源9进行加热。

如图4所示，本实施例提供的自维持霍尔推力系统中，所述工质气体通过气体分配器通入霍尔推力器1的壳体2，所述阳极3与所述气体分配器为一体结构。通过该设置，可避免重新设置阳极3的问题，保证进行电离的空间。另外，作为一种可替换实施方式，所述阳极3也可以与所述气体分配器进行分别设置。

本实施例提供的自维持霍尔推力系统具有如下优势，使其可尤其更适配于微小功率电推力器，具有双重工作模式：被动工作模式与主动工作模式。其中被动工作模式适用于微小流量工况，主动工作模式适用于较大流量工作状况。在被动工作模式中，无需开启加热，通过霍尔推力器1出射的高能离子的轰击加热电子发射体6，使电子发射体6发射电子，完全无需功率，属于被动发射电子的阴极；在主动工作模式中，开启加热件7，通过加热件7与出射离子的双重加热电子发射体6，使电子发射体6发射足量电子，属于主、被动联合工作状态阴极。

本实施例提供的自维持霍尔推力系统中，阴极为无工质工作，依靠霍尔推力器1出射的高能离子将发射体材料中的电子轰击出来，作为电离或中和电子；在推力器微小流量工况、对电子量需求较低的情况下，可被动工作，实现无功率工作。另外，在被动工作模式下，由于依赖于原初电子，可通过霍尔推力器1完成点火，点火后离子出射至电子发射体6表面后在短时间内即可完成电子的发射，几乎无需启动时间。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种自维持霍尔推力系统的运行方法，其特征在于，包括：霍尔推力器（1）和设置在所述霍尔推力器（1）外部的阴极器（4）；

所述阴极器（4）的外壳（5）内形成有用于安装所述霍尔推力器（1）的安装腔，所述阴极器（4）上具有电子发射体（6）和加热件（7），所述电子发射体（6）为环形结构，所述加热件（7）为设置在所述电子发射体（6）外圈的环形结构，运行时包括以下步骤：

向霍尔推力器（1）内通入工质气体；

将阴极器（4）的加热件（7）与电源电连接，通过所述加热件（7）的加热使所述阴极器（4）的电子发射体（6）产生电子，从而对所述霍尔推力器（1）内的工质气体进行电离生成等离子体，所述等离子体输出霍尔推力器（1）后朝向阴极器（4）的方向进行束流，所述等离子体形成的束流通过所述电子发射体（6）的内环向外喷射；

等离子体束流与电子发射体（6）接触后，通过等离子体对电子发射体（6）进行加热，将加热件（7）与电源之间的电连接切断，使系统自维持运行。

2.根据权利要求1所述的自维持霍尔推力系统的运行方法，其特征在于，所述霍尔推力器（1）的阳极（3）与第一电源（9）的正极电连接。

3.根据权利要求2所述的自维持霍尔推力系统的运行方法，其特征在于，所述阴极器（4）的电子发射体（6）与第一电源（9）的负极电连接。

4.根据权利要求2或3所述的自维持霍尔推力系统的运行方法，其特征在于，所述霍尔推力器（1）的壳体（2）与第一电源（9）的负极电连接。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的自维持霍尔推力系统的运行方法，其特征在于，所述阴极器（4）的加热件（7）连接的电源为第二电源（10）。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的自维持霍尔推力系统的运行方法，其特征在于，所述工质气体通过气体分配器通入霍尔推力器（1）的壳体（2）。

7.根据权利要求6所述的自维持霍尔推力系统的运行方法，其特征在于，所述气体分配器与阳极（3）为一体结构。

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