專利名稱：用于電推進(jìn)的矢量磁噴嘴的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于航天推進(jìn)及空間應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。具體來說，本發(fā)明涉及用于電推進(jìn)的矢量磁噴嘴結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
航天器在軌的推進(jìn)技術(shù)主要有化學(xué)推進(jìn)和電推進(jìn)兩種，目前我國在電推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的研制方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，已有一些衛(wèi)星計(jì)劃安排采用電推進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，這是電推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的高比沖為衛(wèi)星的長(zhǎng)期運(yùn)行節(jié)省了大量的推進(jìn)劑。然而，由于電推進(jìn)將工質(zhì)電離后的加速過程難以提升，同時(shí)由于發(fā)動(dòng)機(jī)的噴口噴出的尾焰方向與噴口形狀密切相關(guān)，因此，對(duì)于確定的發(fā)動(dòng)機(jī)噴口，其產(chǎn)生推力的方向是隨噴口固定的，如果需要多個(gè)方向上產(chǎn)生推力，就需要在相應(yīng)需求方向上安裝多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)。為此，電推進(jìn)在航天器上通常需要在多個(gè)位置安裝，才能達(dá)到航天器對(duì)推進(jìn)方向的需要。 鑒于此，提供一種能夠進(jìn)行工質(zhì)電離后的加速同時(shí)對(duì)噴口推力產(chǎn)生方向調(diào)節(jié)的噴嘴非常必要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)上述技術(shù)難題，基于化學(xué)-電磁混合推進(jìn)技術(shù)產(chǎn)生的等離子體尾焰，提出一種基于電流調(diào)制的等離子體尾焰離子約束、釋放和方向控制的矢量磁噴嘴，它可以提高推進(jìn)過程中等離子體中離子的能量，并控制其噴出方向，構(gòu)成，解決了以往電推進(jìn)中推力小、方向無法控制的問題。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案用于電推進(jìn)的矢量磁噴嘴，由設(shè)置在等離子體噴焰噴口前的永磁體和設(shè)置在上述噴口后的形成偶極場(chǎng)位型的多個(gè)非同心圓線圈組成，永磁鐵與與非同心線圈形成雙磁鏡管以使等離子體在雙磁鏡管間往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并在非同心線圈的電流調(diào)制下等離子體受離子回旋波共振加熱，再通過調(diào)整等離子體脫離磁噴嘴時(shí)多個(gè)非同心圓線圈上電流的比例，使推進(jìn)器的等離子體噴焰噴口外磁場(chǎng)的矢量方向偏離推進(jìn)器中心軸而導(dǎo)引外部等離子體的流動(dòng)方向，以改變推力器的推力矢量方向。優(yōu)選地，多個(gè)非同心圓線圈為兩個(gè)或三個(gè)電磁鐵線圈。其中，兩個(gè)或三個(gè)非同心圓的線圈兩兩疊置形成偶極場(chǎng)位型，或者兩個(gè)或三個(gè)非同心圓的線圈分別為多匝線圈，其中多匝線圈之間兩兩交錯(cuò)疊置形成偶極場(chǎng)位型。優(yōu)選地，共振加熱時(shí)各個(gè)非同心線圈的調(diào)制電流相同。優(yōu)選地，等離子體噴焰脫離時(shí)各個(gè)非同心線圈的電流根據(jù)需要產(chǎn)生推力的矢量方向分別進(jìn)行調(diào)制。本發(fā)明的用于電推進(jìn)的矢量磁噴嘴，利用電流調(diào)制的多個(gè)非同心圓線圈實(shí)現(xiàn)混合推進(jìn)等離子體離子的約束、釋放和方向控制。通過矢量推進(jìn)可以大大減少姿態(tài)控制系統(tǒng)推力器的數(shù)量。矢量推進(jìn)采用電流調(diào)控，沒有機(jī)械活動(dòng)部件也可以大大提高姿態(tài)控制系統(tǒng)的可靠性。利用化學(xué)-電磁混合推進(jìn)技術(shù)產(chǎn)生的等離子體噴炎在離子回旋波共振下加速提高的是噴焰中離子垂直磁場(chǎng)方向的動(dòng)能，通過磁噴嘴使得離子的垂直速度，轉(zhuǎn)化成平行速度，提高外流等離子體的平行流速，達(dá)到增大推力的目的。


圖I為本發(fā)明的用于電推進(jìn)的矢量磁噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中，I-化學(xué)-電磁混合推進(jìn)產(chǎn)生的等離子體噴焰；2_永磁鐵；3_矢量控制磁噴嘴非同心線圈A ；4-矢量控制磁噴嘴非同心線圈B ；5-矢量控制磁噴嘴非同心線圈C。
具體實(shí)施例方式以下介紹的是作為本發(fā)明所述內(nèi)容的具體實(shí)施方式
，下面通過具體實(shí)施方式
對(duì)本 發(fā)明的所述內(nèi)容作進(jìn)一步的闡明。當(dāng)然，描述下列具體實(shí)施方式
只為示例本發(fā)明的不同方面的內(nèi)容，而不應(yīng)理解為限制本發(fā)明范圍。為使本發(fā)明更明顯易懂，茲以優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說明如下。圖I是本發(fā)明的用于電推進(jìn)的矢量磁噴嘴，即一種基于電流調(diào)制的矢量磁噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖，本發(fā)明的用于電推進(jìn)的矢量磁噴嘴，由設(shè)置在等離子體噴焰噴口前的永磁體2和設(shè)置在上述噴口后的形成偶極場(chǎng)位型的多個(gè)非同心圓線圈組成，永磁鐵2與與非同心線圈形成雙磁鏡管以使等離子體在雙磁鏡管間往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并在非同心線圈的電流調(diào)制下等離子體受離子回旋波共振加熱，再通過調(diào)整等離子體脫離磁噴嘴時(shí)多個(gè)非同心圓線圈上電流的比例，使推進(jìn)器的等離子體噴焰噴口外磁場(chǎng)的矢量方向偏離推進(jìn)器中心軸而導(dǎo)引外部等離子體的流動(dòng)方向，以改變推力器的推力矢量方向。在一實(shí)施方式中，本發(fā)明設(shè)計(jì)的三個(gè)非同心線圈組安裝于化學(xué)-電磁混合推進(jìn)器的等離子體噴焰后端，由三個(gè)非同心線圈構(gòu)成類偶極場(chǎng)位型。在化學(xué)-電磁混合推進(jìn)產(chǎn)生等離子體噴焰I后面，通過調(diào)制矢量控制磁噴嘴非同心線圈A3、矢量控制磁噴嘴非同心線圈B4、矢量控制磁噴嘴非同心線圈C5的電流達(dá)到一致，可以使永磁鐵2與矢量控制磁噴嘴非同心線圈A3、B4、C5形成雙磁鏡管，在永磁鐵2的后化學(xué)-電磁混合推進(jìn)產(chǎn)生的等離子體噴焰I受到磁鏡的作用而被約束，使得離子在雙磁鏡點(diǎn)間往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在電流調(diào)制下，離子被約束在磁鏡場(chǎng)中，不斷受到離子回旋波共振加熱。在加熱達(dá)到一定程度后，通過調(diào)制矢量控制磁噴嘴非同心線圈A3、矢量控制磁噴嘴非同心線圈B4、矢量控制磁噴嘴非同心線圈C5的電流，使在噴射期其磁場(chǎng)降低到約束時(shí)的十分之一，化學(xué)-電磁混合推進(jìn)產(chǎn)生的等離子體噴焰I與磁場(chǎng)脫離成為推進(jìn)飛行器運(yùn)動(dòng)推進(jìn)劑。通過調(diào)整矢量控制磁噴嘴非同心線圈A3、矢量控制磁噴嘴非同心線圈B4、矢量控制磁噴嘴非同心線圈C5上等離子體脫離期(即等離子噴焰離開磁噴嘴的時(shí)候)電流的比例，形成推進(jìn)器噴口外磁場(chǎng)的矢量方向偏離推進(jìn)器中心軸，而導(dǎo)引外流等離子體流動(dòng)方向。起到改變推力器的推力矢量方向。在等離子體尾焰的脫離期，類偶極場(chǎng)位型具有隨著離開推進(jìn)器噴口距離的增加而具有加大的磁場(chǎng)梯度，離推力器遠(yuǎn)遠(yuǎn)磁場(chǎng)越小。隨著導(dǎo)引磁場(chǎng)的減弱，帶電粒子的平行于磁場(chǎng)方向的速度越大，等離子體的平行流速增大。在外流等離子體中電子的回旋半徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于離子。電子“凍結(jié)”在磁力線上，也可能隨著類偶極子磁力線返回推力器。電子離開外流等離子體柱會(huì)產(chǎn)生電荷分離，電場(chǎng)約束電子的分離?；旌贤七M(jìn)的等離子體流可以從矢量磁噴嘴順利流出并產(chǎn)生推力，而不會(huì)返回，從而實(shí)現(xiàn)等離子體噴炎的約束、釋放及方向控制。在另一實(shí)施方式中，將非同心圓線圈設(shè)置為疊置的兩個(gè)，同樣與永磁體構(gòu)成上述磁鏡結(jié)構(gòu)，同樣能夠?qū)崿F(xiàn)相同的技術(shù)效果。在又一實(shí)施方式中，將非同心圓線圈設(shè)置為3個(gè)，其中每個(gè)線圈都為兩匝，各個(gè)線圈之間通過交錯(cuò)疊置的方式形成偶極場(chǎng)位型，同樣與永磁體構(gòu)成上述磁鏡結(jié)構(gòu)，同樣能夠?qū)崿F(xiàn)相同的技術(shù)效果，解決相同的技術(shù)問題。以上所述僅是本使用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)的原理前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.用于電推進(jìn)的矢量磁噴嘴，由設(shè)置在等離子體噴焰噴口前的永磁體和設(shè)置在上述噴口后的形成偶極場(chǎng)位型的多個(gè)非同心圓線圈組成，永磁鐵與與非同心線圈形成雙磁鏡管以使等離子體在雙磁鏡管間往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并在非同心線圈的電流調(diào)制下等離子體受離子回旋波共振加熱，再通過調(diào)整等離子體脫離磁噴嘴時(shí)多個(gè)非同心圓線圈上電流的比例，使推進(jìn)器的等離子體噴焰噴口外磁場(chǎng)的矢量方向偏離推進(jìn)器中心軸而導(dǎo)引外部等離子體的流動(dòng)方向，以改變推力器的推力矢量方向。
2.如權(quán)利要求I所述的用于電推進(jìn)的矢量磁噴嘴，其中，多個(gè)非同心圓線圈為兩個(gè)或三個(gè)電磁鐵線圈。
3.如權(quán)利要求2所述的用于電推進(jìn)的矢量磁噴嘴，其中，兩個(gè)或三個(gè)非同心圓的線圈兩兩疊置形成偶極場(chǎng)位型。
4.如權(quán)利要求3所述的用于電推進(jìn)的矢量磁噴嘴，其中，兩個(gè)或三個(gè)非同心圓的線圈分別為多匝線圈多匝線圈之間兩兩交錯(cuò)疊置形成偶極場(chǎng)位型。
5.如權(quán)利要求I所述的用于電推進(jìn)的矢量磁噴嘴，其中，共振加熱時(shí)各個(gè)非同心線圈的調(diào)制電流相同。
6.如權(quán)利要求I所述的用于電推進(jìn)的矢量磁噴嘴，其中，等離子體噴焰脫離時(shí)各個(gè)非同心線圈的電流根據(jù)需要產(chǎn)生推力的矢量方向分別進(jìn)行調(diào)制。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于電推進(jìn)的矢量磁噴嘴，由設(shè)置在等離子體噴焰噴口前的永磁體和設(shè)置在上述噴口后的形成偶極場(chǎng)位型的多個(gè)非同心圓線圈組成，永磁鐵與與非同心線圈形成雙磁鏡管以使等離子體在雙磁鏡管間往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并在非同心線圈的電流調(diào)制下等離子體受離子回旋波共振加熱，再通過調(diào)整等離子體脫離磁噴嘴時(shí)多個(gè)非同心圓線圈上電流的比例，使推進(jìn)器的等離子體噴焰噴口外磁場(chǎng)的矢量方向偏離推進(jìn)器中心軸而導(dǎo)引外部等離子體的流動(dòng)方向，以改變推力器的推力矢量方向。本發(fā)明的矢量磁噴嘴通過矢量推進(jìn)可以大大減少姿態(tài)控制系統(tǒng)推力器的數(shù)量，同時(shí)大大提高姿態(tài)控制系統(tǒng)的可靠性并通過磁噴嘴使得離子的垂直速度，轉(zhuǎn)化成平行速度，提高外流等離子體的平行流速，達(dá)到增大推力的目的。
文檔編號(hào)F03H1/00GK102777342SQ201210274090
公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月3日
發(fā)明者任瓊英, 劉業(yè)楠, 劉宇明, 孟立飛, 張超, 徐炎林, 易忠, 趙華, 陳金剛, 黃建國 申請(qǐng)人:北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所