CN115839323B - 一种自维持霍尔推力器运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自维持霍尔推力器运行方法，属于空间推进技术领域，包括：通入额定工作流量两倍以上的工质气体；将电源负极与壳体电连接；将电源负极与壳体之间的电连接切断，仅将电子发射体作为阴极，将壳体内的等离子体引出壳体的放电通道；本发明的自维持霍尔推力器运行方法，在启动时，可依靠壳体作为阴极，与壳体内的阳极进行配合，通过壳体和阳极之间进行工质气体的电离并启辉，生成高密度等离子体，然后仅依靠电子发射体作为阴极，使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。

Description

一种自维持霍尔推力器运行方法

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器运行方法。

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器运行方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种自维持霍尔推力器运行方法，包括以下步骤：

将通入霍尔推力器的壳体内的初始工质气体的流量，设置为额定工作流量的两倍以上；

将电源正极与霍尔推力器的壳体内的阳极电连接，将电源负极与壳体电连接，使工质气体在壳体和阳极之间被电离生成等离子体；

将电源负极与壳体之间的电连接切断，将电源负极仅与壳体外部的电子发射体连通，通过仅将电子发射体作为阴极，将壳体内的等离子体引出壳体的放电通道；

部分等离子体束流轰击加热电子发射体，使电子发射体产生电子，部分电子参与工质气体的电离，以维持稳定放电；

将工质气体的流量调整为额定工作流量，进入额定工况运行。

可选地，所述壳体具有气体分配器，工质气体通过所述气体分配器喷出。

可选地，所述工质气体通过所述气体分配器朝向壳体的径向喷出，或者朝向壳体的远离放电通道的方向喷出。

可选地，所述阳极与所述气体分配器为一体结构。

可选地，所述电子发射体设置在所述壳体的外部中心处。

可选地，所述电子发射体垂直于壳体设置。

可选地，在向壳体内通入工质气体之前，先进行系统上电，使电源正极与壳体内的阳极电连接，使电源负极与电子发射体电连接。

可选地，在朝向壳体内通入额定工作流量两倍以上的初始工质气体之后，通过开关将所述电源负极同时与壳体之间进行电连接。

可选地，所述壳体的中心安装有内套筒，所述电子发射体通过绝缘体安装在所述内套筒的端部，所述内套筒中具有用于穿过电连接所述电子发射体的负极导线的第一通孔。

可选地，所述内套筒中安装有内磁组件和导磁内芯，所述内磁组件中具有用于穿过所述负极导线的第二通孔，所述导磁内芯中具有用于穿过所述负极导线的第三通孔。

本发明技术方案，具有如下优点：

本发明提供的自维持霍尔推力器运行方法，在启动时，可依靠壳体与电源负极电连接作为阴极，与壳体内的阳极进行配合，通过壳体和阳极之间进行工质气体的电离并启辉，生成高密度等离子体，然后仅依靠电子发射体与电源负极电连接作为阴极，使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。

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器的一种实施方式的主视剖视图；

图2为本发明的实施例中提供的自维持霍尔推力器的立体图；

图3为图2中绝缘体的立体图；

图4为图2中壳体内的内套筒的立体图；

图5为图2中壳体内的气体分配器的立体图；

图6为图2中壳体的导磁底板的立体图；

图7为图2中壳体的导磁外壳的立体图；

图8为本发明的实施例中提供的自维持霍尔推力器运行方法的一种实施方式的流程图。

附图标记说明：

1、壳体；2、气体分配器；3、内套筒；4、电子发射体；5、放电通道；6、出气口；7、绝缘体上；8、紧固件；9、第一通孔；10、内磁组件；11、第二通孔；12、导磁内芯；13、第三通孔；14、环形本体；15、安装柱；16、绝缘套；17、导磁外壳；18、导磁底板。

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。

实施例1

本实施例提供的自维持霍尔推力器，适用于微功率运行，具有较高的系统推功比。

如图1所示，为本实施例提供的自维持霍尔推力器的一种具体实施方式，包括：壳体1、气体分配器2、内套筒3和电子发射体4。所述壳体1的内部具有用于容纳工质气体的气腔，所述气腔具有放电通道5；所述气体分配器2具有环形本体14，所述环形本体14设置在所述壳体1的气腔内，所述环形本体14上具有出气口6，通过所述出气口6排出工质气体；所述内套筒3连接在所述壳体1内部的中心位置；所述电子发射体4连接在所述内套筒3的顶部，所述电子发射体4向上伸出所述壳体1的气腔。

本实施例提供的自维持霍尔推力器，在平稳运行中，可依靠电子发射体4的自发电子，实现微功率下的推力保持，无需额外电子源进行放电的维持，从而可提高系统的总推力效率，提高系统的推功比。另外，由于电子发射体4向上伸出壳体1的气腔，当仅通过电子发射体4作为阴极时，可使离子体束流的引出效果更好。

如图1所示，本实施例提供的自维持霍尔推力器中，所述电子发射体4连接在绝缘体上7，通过所述绝缘体连接在所述内套筒3的顶部，如此设置，当电子发射体4单独作为阴极时，可隔绝壳体1的导电，从而有效断开壳体1上的电连接。另外，作为一种可替换实施方式，也可以采用其他手段隔绝电子发射体4与壳体1之间的电连接，例如：可以在内套筒3与壳体1之间进行绝缘设置等。

如图2、图3所示，本实施例提供的自维持霍尔推力器中，所述电子发射体4通过紧固件8连接在所述绝缘体上7。所述电子发射体4可设为套设在所述紧固件8上的环形，通过该设置，可使电子反射体便于拆装；具体的，所述绝缘体可以采用陶瓷材料。另外，作为一种可替换实施方式，所述电子发射体4也可以采用其他常规结构，例如：可以将电子发射体4嵌设在绝缘体上7等。

如图1所示，本实施例提供的自维持霍尔推力器中，所述紧固件8为导电体，所述紧固件8的底端向下延伸出所述绝缘体，所述紧固件8的底端连接有负极导线，所述负极导线向外延伸出壳体1后用于与电源负极电连接。通过该设置，可通过紧固件8将电子发射体4与电源负极电连接，从而使电子反射体能够作为阴极使用。另外，作为一种可替换实施方式，还可以采用其他方式将所述电子反射体与电源负极电连接，例如：可以将电子发射体4直接通过导线与电源负极电连接等。

如图1、图4所示，本实施例提供的自维持霍尔推力器中，所述内套筒3中具有用于穿过所述负极导线的第一通孔9，也就是说，连接在紧固件8底端的负极导线通过所述内套筒3上的第一通孔9向外穿出所述壳体1，从而使所述负极导线从壳体1的下方穿出。另外，作为一种可替换实施方式，所述负极导线也可以连接在紧固件8的顶端，从壳体1的上端伸出后连接在电源负极上。

如图1所示，本实施例提供的自维持霍尔推力器中，所述内套筒3中设置有内磁组件10，所述内磁组件10具有上下贯通的第二通孔11。所述内磁组件10用于提供磁力线，所述第二通孔11用于当负极导线向下穿出时，对负极导线进行避让。

如图1、图3所示，本实施例提供的自维持霍尔推力器中，所述内套筒3的顶部封盖有导磁内芯12，所述绝缘体通过螺纹结构连接在所述导磁内芯12上，所述导磁内芯12具有用于穿过所述负极导线的第三通孔13。

如图1、图4所示，本实施例提供的自维持霍尔推力器中，所述内套筒3通过螺纹结构连接在所述壳体1上。

如图1、图5所示，本实施例提供的自维持霍尔推力器中，所述气体分配器2的环形本体14上设有安装柱15，所述壳体1上具有安装孔，所述安装柱15穿过所述安装孔安装在所述壳体1上；具体的，所述安装柱15具有四个，其中一个安装柱15为中空结构，通过该中空结构用于朝向环形本体14内通入工质气体。所述安装柱15与所述安装孔之间设有绝缘套16，所述安装柱15上连接有正极导线，通过该正极导线与电源正极电连接后，使所述气体分配器2形成阳极。所述绝缘套16用于隔绝气体分配器2与壳体1之间的电连接。

如图6、图7所示，本实施例提供的自维持霍尔推力器中，所述壳体1包括：导磁外壳17和导磁底板18，所述导磁底板18为平板，轴向设有若干连接耳，所述连接耳上设有安装孔，部分所述安装孔用于与导磁外壳17连接，部分所述安装孔用于与基座连接；所述导磁底板18的中心具有用于连接内套筒3的螺纹孔，围绕所述螺纹孔的周向设有若干穿过孔，通过所述穿过孔用于穿过气体分配器2的安装柱15。所述导磁外壳17为环形柱，在导磁外壳17的底部具有用于与导磁底座的连接耳相配合的安装结构，从而实现导磁外壳17和导磁底板18之间可拆卸地连接。

实施例2

如图1、图8所示，本实施例提供一种自维持霍尔推力器运行方法，可以采用实施例1中所述的自维持霍尔推力器，包括以下步骤：

将通入自维持霍尔推力器的壳体1内的初始工质气体的流量，设置为额定工作流量的两倍以上。

将电源正极与自维持霍尔推力器的壳体1内的阳极电连接，将电源负极与壳体1电连接，使工质气体在壳体1和阳极之间被电离生成等离子体。

将电源负极与壳体1之间的电连接切断，将电源负极仅与壳体1外部的电子发射体4连通，通过仅将电子发射体4作为阴极，将壳体1内的等离子体引出壳体1的放电通道5。

部分等离子体束流轰击加热电子发射体4，使电子发射体4产生电子，部分电子参与工质气体的电离，以维持稳定放电。

将工质气体的流量调整为额定工作流量，进入额定工况运行。

本实施例提供的自维持霍尔推力器运行方法，在启动时，可依靠壳体1与电源负极电连接作为阴极，与壳体1内的阳极进行配合，通过壳体1和阳极之间进行工质气体的电离并启辉，生成高密度等离子体，然后依靠电子发射体4与电源负极电连接作为阴极，使等离子体束流被引出壳体1的放电通道5，被引出的等离子体轰击并加热电子发射体4，使电子发射体4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。

如图1所示，本实施例提供的自维持霍尔推力器运行方法中，所述壳体1具有气体分配器2，工质气体通过所述气体分配器2喷出。具体的，所述工质气体通过所述气体分配器2朝向壳体1的径向喷出，或者朝向壳体1的远离放电通道5的方向喷出。从而不会通过控制工质气体喷出的方向，避免工质气体直接喷出壳体1，保证壳体1内工质气体的浓度，从而保证电离效果。

如图1所示，本实施例提供的自维持霍尔推力器运行方法中，所述阳极与所述气体分配器2为一体结构，也就是说，通过所述气体分配器2通入工质气体，同时所述气体分配器2还与电源正极电连接。另外，作为一种可替换实施方式，也可以在壳体1内单独设置阳极。

如图1所示，本实施例提供的自维持霍尔推力器运行方法中，所述电子发射体4设置在所述壳体1的外部中心处，具体的，所述电子发射体4垂直于壳体1设置。通过该设置，可以使从壳体1内引出的等离子束流全面的与电子发射体4接触，从而对电子反射体进行轰击加热。

如图8所示，本实施例提供的自维持霍尔推力器运行方法中，在向壳体1内通入工质气体之前，先进行系统上电，使电源正极与壳体1内的阳极电连接，使电源负极与电子发射体4电连接。然后，在朝向壳体1内通入额定工作流量两倍以上的初始工质气体之后，通过开关将所述电源负极同时与壳体1之间进行电连接。也就是说，在系统上电后，所述电子发射体4始终与电源负极保持电连接，如此设置，可提高操作上的便捷性。

如图1所示，本实施例提供的自维持霍尔推力器运行方法中，所述壳体1的中心安装有内套筒3，所述电子发射体4通过绝缘体安装在所述内套筒3的端部，所述内套筒3中具有用于穿过电连接所述电子发射体4的负极导线的第一通孔9。所述内套筒3中安装有内磁组件10和导磁内芯12，所述内磁组件10中具有用于穿过所述负极导线的第二通孔11，所述导磁内芯12中具有用于穿过所述负极导线的第三通孔13。在工作时，通过所述内磁组件10用于产生电磁场，从而对电离的等离子体进行加速。另外，作为一种可替换实施方式，所述内磁组件10还可以设置在其他位置，例如：可设置在壳体1外部等。

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 (10)

1.一种自维持霍尔推力器运行方法，其特征在于，包括以下步骤：

将通入霍尔推力器的壳体（1）内的初始工质气体的流量，设置为额定工作流量的两倍以上；

将电源正极与霍尔推力器的壳体（1）内的阳极电连接，将电源负极与壳体（1）电连接，使工质气体在壳体（1）和阳极之间被电离生成等离子体；

将电源负极与壳体（1）之间的电连接切断，将电源负极仅与壳体（1）外部的电子发射体（4）连通，通过仅将电子发射体（4）作为阴极，将壳体（1）内的等离子体引出壳体（1）的放电通道（5）；

部分等离子体束流轰击加热电子发射体（4），使电子发射体（4）产生电子，部分电子参与工质气体的电离，以维持稳定放电；

将工质气体的流量调整为额定工作流量，进入额定工况运行。

2.根据权利要求1所述的自维持霍尔推力器运行方法，其特征在于，所述壳体（1）具有气体分配器（2），工质气体通过所述气体分配器（2）喷出。

3.根据权利要求2所述的自维持霍尔推力器运行方法，其特征在于，所述工质气体通过所述气体分配器（2）朝向壳体（1）的径向喷出，或者朝向壳体（1）的远离放电通道（5）的方向喷出。

4.根据权利要求2所述的自维持霍尔推力器运行方法，其特征在于，所述阳极与所述气体分配器（2）为一体结构。

5.根据权利要求1所述的自维持霍尔推力器运行方法，其特征在于，所述电子发射体（4）设置在所述壳体（1）的外部中心处。

6.根据权利要求5所述的自维持霍尔推力器运行方法，其特征在于，所述电子发射体（4）垂直于壳体（1）设置。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的自维持霍尔推力器运行方法，其特征在于，在向壳体（1）内通入工质气体之前，先进行系统上电，使电源正极与壳体（1）内的阳极电连接，使电源负极与电子发射体（4）电连接。

8.根据权利要求7所述的自维持霍尔推力器运行方法，其特征在于，在朝向壳体（1）内通入额定工作流量两倍以上的初始工质气体之后，通过开关将所述电源负极同时与壳体（1）之间进行电连接。

9.根据权利要求1-6中任一项所述的自维持霍尔推力器运行方法，其特征在于， 所述壳体（1）的中心安装有内套筒（3），所述电子发射体（4）通过绝缘体安装在所述内套筒（3）的端部，所述内套筒（3）中具有用于穿过电连接所述电子发射体（4）的负极导线的第一通孔（9）。

10.根据权利要求9所述的自维持霍尔推力器运行方法，其特征在于，所述内套筒（3）中安装有内磁组件（10）和导磁内芯（12），所述内磁组件（10）中具有用于穿过所述负极导线的第二通孔（11），所述导磁内芯（12）中具有用于穿过所述负极导线的第三通孔（13）。

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