CN117846910A - 一种空心阴极中置型霍尔推力器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空心阴极中置型霍尔推力器，包括外壳体、供气组件、空心阴极和磁场生成部。供气组件包括气管和陶瓷通道，气管设置于陶瓷通道内并用于通入中性气体，陶瓷通道固定连接于外壳体；空心阴极设置于外壳体的内部，用于提供电子以电离中性气体从而产生等离子体；磁场生成部设置于外壳体的内部且，用于在放电通道内产生磁场以约束电子运动。本发明的空心阴极中置型霍尔推力器，通过将空心阴极中置，简化了霍尔推力器的结构，缩小了整体外包络尺寸，解决了羽流扩散角大的问题。空心阴极中置，触持极顶孔在霍尔推力器中轴线上，有利于磁场捕获原初电子，降低空心阴极与霍尔推力器耦合电子桥的耦合电势，提高等离子体电离率。

Description

一种空心阴极中置型霍尔推力器

技术领域

本发明涉及一种空心阴极中置型霍尔推力器。

背景技术

霍尔推力器是一种利用正交的电磁场捕获放电通道内的自由电子，电离中性粒子产生等离子体，并通过强电场加速引出离子的空间推进器。霍尔推力器主要为卫星以及航天器等提供入轨、轨道转移、轨道保持、离轨等任务所需推力。霍尔推力器具有比冲高、推力精确可调、寿命长的优点。

空心阴极是一种电子发射源，为霍尔推力器提供大量原初电子，用于电离中性气体，产生等离子体；另一方面，空心阴极发射的电子用于中和推力器束流，保证束流成为准中性。空心阴极具有寿命长、发射电流密度大的优点。

现有霍尔推力器的空间阴极设置于推力器的外部，存在推力器整体结构复杂、推进系统包络尺寸大，霍尔推力器力学设计难度高的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种空心阴极中置型霍尔推力器，具有霍尔推力器结构简单、整体尺寸小的优点。

为实现上述目的，本发明提供一种空心阴极中置型霍尔推力器，其包含：

外壳体，所述外壳体为圆环柱形；

供气组件，所述供气组件包括气管和陶瓷通道，所述气管设置于所述陶瓷通道内并用于通入中性气体，所述陶瓷通道固定连接于所述外壳体；

空心阴极，所述空心阴极设置于所述外壳体的内部，所述空心阴极用于提供电子以电离所述中性气体从而产生等离子体；

磁场生成部，所述磁场生成部设置于所述外壳体的内部，所述外壳体内设置有放电通道，所述磁场生成部用于在所述放电通道内产生磁场以约束所述电子运动。

可选的，所述空心阴极设置于所述外壳体的中心轴线上。

可选的，所述供气组件还包括气体分配器，所述气体分配器连接于所述气管的出气口，且所述气体分配器设置于所述陶瓷通道的内部，所述气体分配器用于提高所述中性气体在所述放电通道内的均匀性。

可选的，所述霍尔推力器还包括热屏蔽支撑架，所述空心阴极通过所述热屏蔽支撑架连接于所述外壳体。

可选的，所述磁场生成部包括外磁屏、内磁屏和导热罩，所述导热罩设置于所述外磁屏和所述内磁屏之间，所述导热罩分别连接于所述热屏蔽支撑架和所述外壳体，所述导热罩用于将所述热屏蔽支撑架的热量传导至所述外壳体。

可选的，所述霍尔推力器还包括阴极气路隔直器，所述空心阴极通过所述阴极气路隔直器与所述外壳体连接，所述空心阴极和所述阴极气路隔直器之间通过螺纹连接，所述阴极气路隔直器用于防止所述空心阴极和所述外壳体之间被高压击穿。

可选的，所述供气组件还包括高压隔直器，所述气管通过所述高压隔直器与所述外壳体连接，所述高压隔直器用于防止所述气管和所述外壳体之间导通。

可选的，所述霍尔推力器还包括电连接器，所述电连接器通过紧固件连接于所述外壳体，所述电连接器集成所述霍尔推力器的阳级、触持级、加热以及二次地的供电。

可选的，所述外壳体包括前罩壳和后罩壳，所述前罩壳和所述后罩壳沿所述外壳体的中心轴线分布。

可选的，所述供气组件还包括陶瓷绝缘柱，所述陶瓷绝缘柱为中心具有通孔的阶梯柱，所述气管穿设于所述陶瓷绝缘柱的中心通孔，所述陶瓷绝缘柱的阶梯柱抵靠于所述磁场生成部。

综上所述，与现有技术相比，本发明提供的空心阴极中置型霍尔推力器，具有如下有益效果：

本发明的空心阴极中置型霍尔推力器，通过将空心阴极中置，简化了霍尔推力器的结构，缩小了整体外包络尺寸，解决了羽流扩散角大的问题。空心阴极中置，触持极顶孔在霍尔推力器中轴线上，有利于磁场捕获原初电子，降低空心阴极与霍尔推力器耦合电子桥的耦合电势，提高等离子体电离率。

附图说明

图1为本发明空心阴极中置型霍尔推力器的剖面结构示意图。

附图标记说明：

霍尔推力器100

高压隔直器1

后罩壳2

热屏蔽支撑架3

气管4

陶瓷绝缘柱5

外磁屏6

气体分配器7

导热罩8

内磁屏9

陶瓷通道10

前罩壳11

电连接器12

阴极气路隔直器13

空心阴极14

具体实施方式

以下将结合本发明实施例中的附图1，对本发明实施例中的技术方案、构造特征、所达成目的及功效予以详细说明。

需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

需要说明的是，在本发明中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括明确列出的要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

如图1所示，本发明提供了一种空心阴极中置型霍尔推力器100，包括外壳体、供气组件、空心阴极14和磁场生成部。

外壳体为圆环柱形，外壳体用于安装霍供气组件、空心阴极14和磁场生成部等其他部件。外壳体包括前罩壳11和后罩壳2，前罩壳11和后罩壳2沿外壳体的中心轴线分布，外壳体由前罩壳11和后罩壳2组装而成，通过前罩壳11和后罩壳2的拼装将各部件压紧在外壳体内部，实现霍尔推力器100各部件的可靠安装。在前罩壳11和后罩壳2的连接处分别设有连接耳，连接耳上均设置有通孔用于供紧固件穿过以连接前罩壳11和后罩壳2。

供气组件包括气管4和陶瓷通道10，气管4设置于陶瓷通道10内并用于通入中性气体，陶瓷通道10固定连接于外壳体。在本实施例中，供气组件还包括气体分配器7、高压隔直器1和陶瓷绝缘柱5。气体分配器7连接于气管4的出气口，且气体分配器7设置于陶瓷通道10的内侧。气体分配器7用于提高中性气体在放电通道内的均匀性，从而提高等离子体的电离率。气管4通过高压隔直器1与外壳体连接，高压隔直器1通过螺纹与气管4连接。气管4通过螺纹与气体分配器7连接。高压隔直器1用于防止气管4和外壳体之间导通。陶瓷绝缘柱5为中心具有通孔的阶梯柱，气管4穿设于陶瓷绝缘柱5的中心通孔，即陶瓷绝缘柱5位于气管4外侧。陶瓷绝缘柱5的阶梯柱抵靠于磁场生成部。

空心阴极14设置于外壳体的内部，空心阴极14用于提供电子以电离中性气体从而产生等离子体。在本实施例中，空心阴极14设置于外壳体的中心轴线上，将空心阴极14设置于外壳体中心轴线上的结构设计，保持触持极顶孔位于推力器中轴线上，有利于提高内磁场对原初电子的捕获，提高原初电子浓度，进而增加原初电子与中性粒子的碰撞频率，提高等离子体电离率。此外，空心阴极14中置，可以降低阴极与推力器之间电子桥的空间电势，从而提高推力器综合性能。

霍尔推力器100还包括热屏蔽支撑架3，空心阴极14通过热屏蔽支撑架3连接于外壳体。热屏蔽支撑架3采用导热系数低的材料制成，例如钛金属等，以降低空心阴极14与外壳体之间的热传导，降低霍尔推力器100磁路结构温度，保证励磁部件或永磁部件工作在正常温度范围内。

磁场生成部设置于外壳体的内部，外壳体内设置有放电通道，磁场生成部用于在放电通道内产生磁场以约束电子运动。磁场生成部包括外磁屏6、内磁屏9和导热罩8。导热罩8位于外磁屏6内侧，内磁屏9位于导热罩8内侧，即导热罩8设置于外磁屏6和内磁屏9之间。导热罩8分别连接于热屏蔽支撑架3和外壳体，导热罩8用于将热屏蔽支撑架3的热量传导至外壳体。外磁屏6和内磁屏9共同在放电通道内构建用于约束电子运动的磁场。

霍尔推力器100还包括阴极气路隔直器13，空心阴极14通过阴极气路隔直器13与外壳体连接，空心阴极14和阴极气路隔直器13之间通过螺纹连接，阴极气路隔直器13用于防止空心阴极14和外壳体之间被高压击穿，当高压击穿时，阴极气路隔直器13能够防止高压回击至电源上导致电源损坏的情况发生。

霍尔推力器100还包括电连接器12，电连接器12通过紧固件连接于外壳体。在本实施例中，电连接器12为19芯连接器，电连接器12集成霍尔推力器100的阳级、空心阴极触持级、加热以及空心阴极二次地的供电以及空心阴极14加热，提高本发明的霍尔推力器100的集成度，采用多点连线的方式提高可靠性，并满足电连接器12的一级降额需求。此外19芯连接器还对外提供阳级和空心阴极14的气路接口，进一步提高本发明的霍尔推力器100的集成度。19芯连接器通过螺钉与后罩壳2连接，简化霍尔推力器100的电接口，提高集成度。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种空心阴极中置型霍尔推力器，其特征在于，所述霍尔推力器包括：外壳体，所述外壳体为圆环柱形；

供气组件，所述供气组件包括气管和陶瓷通道，所述气管设置于所述陶瓷通道内并用于通入中性气体，所述陶瓷通道固定连接于所述外壳体；

空心阴极，所述空心阴极设置于所述外壳体的内部，所述空心阴极用于提供电子以电离所述中性气体从而产生等离子体；

磁场生成部，所述磁场生成部设置于所述外壳体的内部，所述外壳体内设置有放电通道，所述磁场生成部用于在所述放电通道内产生磁场以约束所述电子运动。

2.如权利要求1所述的空心阴极中置型霍尔推力器，其特征在于，所述空心阴极设置于所述外壳体的中心轴线上。

3.如权利要求1所述的空心阴极中置型霍尔推力器，其特征在于，所述供气组件还包括气体分配器，所述气体分配器连接于所述气管的出气口，且所述气体分配器设置于所述陶瓷通道的内部，所述气体分配器用于提高所述中性气体在所述放电通道内的均匀性。

4.如权利要求1所述的空心阴极中置型霍尔推力器，其特征在于，所述霍尔推力器还包括热屏蔽支撑架，所述空心阴极通过所述热屏蔽支撑架连接于所述外壳体。

5.如权利要求4所述的空心阴极中置型霍尔推力器，其特征在于，所述磁场生成部包括外磁屏、内磁屏和导热罩，所述导热罩设置于所述外磁屏和所述内磁屏之间，所述导热罩分别连接于所述热屏蔽支撑架和所述外壳体，所述导热罩用于将所述热屏蔽支撑架的热量传导至所述外壳体。

6.如权利要求1所述的空心阴极中置型霍尔推力器，其特征在于，所述霍尔推力器还包括阴极气路隔直器，所述空心阴极通过所述阴极气路隔直器与所述外壳体连接，所述空心阴极和所述阴极气路隔直器之间通过螺纹连接，所述阴极气路隔直器用于防止所述空心阴极和所述外壳体之间被高压击穿。

7.如权利要求1所述的空心阴极中置型霍尔推力器，其特征在于，所述供气组件还包括高压隔直器，所述气管通过所述高压隔直器与所述外壳体连接，所述高压隔直器用于防止所述气管和所述外壳体之间导通。

8.如权利要求1所述的空心阴极中置型霍尔推力器，其特征在于，所述霍尔推力器还包括电连接器，所述电连接器通过紧固件连接于所述外壳体，所述电连接器集成所述霍尔推力器的阳级、触持级、加热以及二次地的供电。

9.如权利要求1所述的空心阴极中置型霍尔推力器，其特征在于，所述外壳体包括前罩壳和后罩壳，所述前罩壳和所述后罩壳沿所述外壳体的中心轴线分布。

10.如权利要求1所述的空心阴极中置型霍尔推力器，其特征在于，所述供气组件还包括陶瓷绝缘柱，所述陶瓷绝缘柱为中心具有通孔的阶梯柱，所述气管穿设于所述陶瓷绝缘柱的中心通孔，所述陶瓷绝缘柱的阶梯柱抵靠于所述磁场生成部。