CN116148605B - 一种电推力器高电压绝缘的验证方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及航天器推进技术领域，具体而言，涉及一种电推力器高电压绝缘的验证方法，包括：步骤1：将高电压组件、绝缘组件和低电压组件放入电推力器外壳内部；步骤2：在电推力器外壳的外部设置空心阴极；步骤3：将电推力器外壳和空心阴极整体放入真空舱内；步骤4：将真空舱外部的高压电源、示波器以及空心阴极电源进行相应连接；步骤5：真空舱内充入工质气体至电推力器额定工作气压；步骤6：通过高压电源向高电压组件施加高电压，通过空心阴极电源启动空心阴极；步骤7：观察示波器的示数是否恒定。本申请能够较快判断出绝缘性是否良好，能够给出贴切实际的工作环境，确保了验证的有效性，降低了返工率，提高了推力器的使用寿命。

Description

一种电推力器高电压绝缘的验证方法

技术领域

本申请涉及航天器推进技术领域，具体而言，涉及一种电推力器高电压绝缘的验证方法。

背景技术

诸如离子、霍尔等主流电推力器，均需施加高电压(达到千伏甚至数千伏)，形成静电场，将推力器等离子体放电产生的离子加速引出推力器放电腔，从而形成推力，因此，推力器各组件之间绝缘需要耐受高电压。为避免在推力器某些部位产生非预期高压放电，需要进行针对性的高压端绝缘防护设计，进而进行高电压绝缘验证。

电推力器工作环境是在真空系统中(通常气压不高于10^-3Pa量级)，周围存在等离子体，使得电推力器更容易被环境中所存在的初始密度电子诱导而产生高电压放电，使得绝缘失效，这种情况下，就要求设计师重新开展绝缘设计，甚至之前推力器整体方案被推翻，同时试验资源也极大浪费，目前针对电推力器设计过程中的高电压绝缘设计验证，通常是只是简单用绝缘测试仪加载至绝缘设计部位的两端，这种方法忽略了电推力器所处环境是等离子体环境的特殊情况，然而这一特殊性，恰恰是放电击穿的关键所在，即初始电子诱导影响。

发明内容

本申请提供了一种电推力器高电压绝缘的验证方法，能够真实的反映出推力器的绝缘特性，有利于提升后续大功率推力器的设计能力。

为了实现上述目的，本申请提供了一种电推力器高电压绝缘的验证方法，包括如下步骤：步骤1：将高电压组件、绝缘组件和低电压组件放入电推力器外壳内部；步骤2：在电推力器外壳的外部设置空心阴极；步骤3：将电推力器外壳和空心阴极整体放入真空舱内；步骤4：将真空舱外部的高压电源分别与高电压组件和低电压组件连接，将真空舱外部的示波器分别与高电压组件和低电压组件连接，将真空舱外部的空心阴极电源与空心阴极连接；步骤5：真空舱内充入工质气体至电推力器额定工作气压；步骤6：通过高压电源向高电压组件施加高电压，通过空心阴极电源启动空心阴极；步骤7：观察示波器的示数是否恒定。

进一步的，步骤1中，绝缘组件设置在高电压组件和低电压组件之间，并且与高电压组件紧密接触，用于高电压组件的绝缘。

进一步的，步骤2中，空心阴极向电推力器外壳发射电子源，使电推力器外壳内部的高电压组件和绝缘组件附近具备一定浓度的电子，模拟推力器实际工作时的环境。

进一步的，步骤6中，通过空心阴极电源可以对空心阴极的参数进行调整，实现空间初始电子密度的调节。

进一步的，步骤7中，如果绝缘组件的绝缘性良好，那么示波器的示数恒定，呈现出直流电压数值，如果绝缘组件的绝缘性不足，那么会发生击穿放电，示波器的示数会出现us量级的脉冲峰值，然后掉电。

进一步的，绝缘组件对高电压组件进行绝缘防护，采用陶瓷材料喷涂或者绝缘介质隔离的方式。

本发明提供的一种电推力器高电压绝缘的验证方法，具有以下有益效果：

本申请简洁适用，可便捷地放置于高电压端的任何位置，能够较快判断出绝缘性是否良好，将空心阴极作为电子源，提供宽范围精确的电子密度输出，能够给出贴切实际的工作环境，确保了验证的有效性，还可以通过电子密度拉偏至上限，确定绝缘设计的耐受最高裕度，为后续设计提供依据，极大缩短了设计进度，同时避免了推力器集成后工作时绝缘问题的被动暴露，降低了返工率，提高了推力器的使用寿命。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请实施例提供的电推力器高电压绝缘的验证方法的原理图；

图2是根据本申请实施例提供的电推力器高电压绝缘的验证方法在大功率霍尔推力器中的应用图；

图中：1-电推力器外壳、2-高电压组件、3-绝缘组件、4-空心阴极、5-空心阴极电源、6-低电压组件、7-真空舱、8-高压电源、9-示波器、10-磁路组件、11-阳极组件、12-陶瓷材料、13-阳极引线柱。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”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。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

另外，术语“多个”的含义应为两个以及两个以上。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1所示，本申请实施例提供的电推力器高电压绝缘的验证方法，主要用于验证电推力器高压电的绝缘性，主要原理是在电推力器的高电压绝缘部位或者附近，设置一个空心阴极4，在其加载高电压的情况下，启动空心阴极4，向绝缘部位发射电子，并且通过电参数的改变，调整电子发射量，即空间初始电子密度，达到电推力器额定工况时周围等离子体中的电子密度，而后判断电推力器是否能够实现高电压正常的加载：如果绝缘设计良好，则正常加载，如果绝缘设计安全裕度不足，则会发生等离子体击穿放电，致使高压电源8加载掉电，具体的验证步骤如下：

步骤1：将高电压组件2、绝缘组件3和低电压组件6放入电推力器外壳1内部；绝缘组件3设置在高电压组件2和低电压组件6之间，并且与高电压组件2紧密接触，用于高电压组件2的绝缘。

步骤2：在电推力器外壳1的外部设置空心阴极4；空心阴极4向电推力器外壳1发射电子源，使电推力器外壳1内部的高电压组件2和绝缘组件3附近具备一定浓度的电子，模拟推力器实际工作时的环境。

步骤3：将电推力器外壳1和空心阴极4整体放入真空舱7内。

步骤4：将真空舱7外部的高压电源8分别与高电压组件2和低电压组件6连接，将真空舱7外部的示波器9分别与高电压组件2和低电压组件6连接，将真空舱7外部的空心阴极电源5与空心阴极4连接；高压电源8用于向高压组价施加高电压，示波器9用于监测电压的变化情况。

步骤5：真空舱7内充入工质气体至电推力器额定工作气压。

步骤6：通过高压电源8向高电压组件2施加高电压，通过空心阴极电源5启动空心阴极4；通过空心阴极电源5可以对空心阴极4的电参数进行调整，实现空间初始电子密度的调节，模拟给出各种工况下电推力器的初始电子密度，根据实际验证的条件，进行空心阴极4电参数的调节。

步骤7：观察示波器9的示数是否恒定；如果绝缘组件3的绝缘性良好，那么示波器9的示数恒定，呈现出直流电压数值，如果绝缘组件3的绝缘性不足，那么会发生击穿放电，示波器9的示数会出现十几us量级的脉冲峰值，然后掉电。

通过上述步骤，可以在无需运行电推力器情况下(如果在推力器运行情况下，代价高，且已经完成推力器整体设计，此情况下重新设计，会造成巨大浪费)，实现接近实际应用环境的验证，从而可以获得有效验证，并可极大降低研制及试验成本。

具体的，上述步骤是本申请实施例验证方法的基本原理，实际在电推力器应用中需要根据实际情况，对于绝缘组件3绝缘的方式以及各结构的位置进行调整，绝缘组件3主要是对高电压组件2进行绝缘防护，采用陶瓷材料12喷涂或者绝缘介质隔离的方式。以大功率霍尔推力器为例，对本申请提供的电推力器高电压绝缘的验证方法进行更具体的说明，如图2所示，空心阴极4设置在电推力器外壳1的尾部，此时，阳极组件11和阳极引线柱13(相当于高电压组件2)承载高电压，为同一电位，通过阳极组件11向着磁路组件10和外壳1方向(相当于低电压组件6)进行陶瓷材料12喷涂，主要将高压端面向低电压侧进行喷涂，消除高电压裸露点，实现绝缘组件3的设置，陶瓷材料12和间距与磁路组件10和外壳1两个低电压组件隔离绝缘，然后将阳极组件11的电压加载至1000V，并启动空心阴极4，发射电子，观察阳极组件11的加载情况，根据加载情况，验证绝缘性是否良好，示波器9高电压测量点连接阳极组件11，低电压测量点连接磁路组件10或者外壳1，如果推力器正常加载，示波器9所显示为恒定的电压，如果出现异常，则示波器9显示波形出现波动。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种电推力器高电压绝缘的验证方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：将高电压组件、绝缘组件和低电压组件放入电推力器外壳内部，绝缘组件设置在高电压组件和低电压组件之间，并且与高电压组件紧密接触，用于高电压组件的绝缘，从而消除高电压裸露点；

步骤2：在电推力器外壳的外部设置空心阴极，空心阴极向电推力器外壳发射电子源，使电推力器外壳内部的高电压组件和绝缘组件附近具备一定浓度的电子，模拟电推力器实际工作时的环境；

步骤3：将电推力器外壳和空心阴极整体放入真空舱内；

步骤4：将真空舱外部的高压电源分别与高电压组件和低电压组件连接，将真空舱外部的示波器分别与高电压组件和低电压组件连接，将真空舱外部的空心阴极电源与空心阴极连接；

步骤5：真空舱内充入工质气体至电推力器额定工作气压；

步骤6：通过高压电源向高电压组件施加高电压，通过空心阴极电源启动空心阴极，通过空心阴极电源可以对空心阴极的参数进行调整，实现空间初始电子密度的调节，模拟给出各种工况下电推力器的初始电子密度；

步骤7：观察示波器的示数是否恒定。

2.根据权利要求1所述的电推力器高电压绝缘的验证方法，其特征在于，步骤7中，如果绝缘组件的绝缘性良好，那么示波器的示数恒定，呈现出直流电压数值，如果绝缘组件的绝缘性不足，那么会发生击穿放电，示波器的示数会出现us量级的脉冲峰值，然后掉电。

3.根据权利要求1所述的电推力器高电压绝缘的验证方法，其特征在于，绝缘组件对高电压组件进行绝缘防护，采用陶瓷材料喷涂或者绝缘介质隔离的方式。