多級尖端會切磁場等離子體推力器分段陶瓷通道的制作方法
【專利摘要】多級尖端會切磁場等離子體推力器分段陶瓷通道，涉及等離子推進領域。它是為了解決多級尖端會切磁場等離子體推力器出口區(qū)羽流震蕩，羽流發(fā)散角較大，陶瓷通道壁面溫度過高，電離率較的問題。本發(fā)明陶瓷通道前段為擋板式結構，減小電子對推力器前端面腐蝕，同時與出口永磁鐵構成磁回路，具有一定屏蔽作用，減小出口羽流區(qū)的磁場強度，電子更容易進入通道進行電離，電勢降集中在出口磁分界面，減小羽流發(fā)散角；中段氮化硼陶瓷具有較低二次電子發(fā)射系數(shù)，電子溫度較高，電離率較高；近陽極區(qū)后段隔熱陶瓷減少了通道對陽極熱量吸收，陽極熱量通過陽極底面導熱散出，減少了對永磁鐵的散熱，避免永磁鐵因溫度過高而退磁。本發(fā)明適用于等離子推進領域。
【專利說明】多級尖端會切磁場等離子體推力器分段陶瓷通道
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及等離子推進領域。
【背景技術】
[0002]電推進具有比沖高、壽命長、結構緊湊、體積小何污染輕等優(yōu)點，因此逐漸受到航天界的注意和青睞。其中多級尖端會切磁場等離子體推力器作為一種新型的等離子體推力器，多級永磁鐵包圍環(huán)形通道，相鄰磁鐵極性相反放置形成會切磁場，以磁鏡效應約束電子。這種推力器具有推力和比沖范圍寬，功率密度高，壽命長等優(yōu)點。
[0003]但是該種類型推力器出口羽流區(qū)磁場強度過大，當?shù)刈杩乖斐深~外電勢降，離子在此區(qū)域加速具有較大的羽流發(fā)散角；嚴重時影響電子進入通道進行電離，造成電離率下降，甚至引起振蕩；同時出口端面受電子腐蝕比較嚴重。
[0004]高功率特性導致推力器陽極溫度較高，熱量通過輻射方式傳到陶瓷通道，進一步傳給永磁鐵，永磁鐵磁性受溫度影響較大，溫度過高導致磁性下降甚至永久退磁。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明是為了解決多級尖端會切磁場等離子體推力器出口區(qū)羽流震蕩，羽流發(fā)散角較大，陶瓷通道壁面溫度過高，電離率較低的問題，進而提供了一種多級尖端會切磁場等離子體推力器分段陶瓷通道。
[0006]多級尖端會切磁場等離子體推力器分段陶瓷通道，它包括放電回路和分段陶瓷管道；
[0007]所述放電回路包括陽極1、電源2和空心陰極3，空心陰極3的接線端子與電源2的負極端相連接，陽極I的接線端子與電源2的正極端相連接；
[0008]分段陶瓷管道包括基本磁場和陶瓷通道；
[0009]所述基本磁場包括第一永磁鐵4、兩個導磁環(huán)5、第二永磁鐵6和第三永磁鐵7，第一永磁鐵4的N極端與第二永磁鐵6的N極端之間通過一個導磁環(huán)5固定連接,第二永磁鐵6的S極端與第三永磁鐵7的S極端之間通過另一個導磁環(huán)5固定連接；
[0010]所述陶瓷通道包括陶瓷擋板8、第一陶瓷筒9和第二陶瓷筒10，陶瓷擋板8的末端與第一陶瓷筒9的一端通過機械擠壓連接，第一陶瓷筒9的另一端與第二陶瓷筒10的一端通過機械擠壓連接，第二陶瓷筒10的底部開有工質(zhì)射流孔11 ；
[0011]第一永磁鐵4的S極端固定連接在陶瓷擋板8的邊緣底部，陽極I固定連接在分段陶瓷管道內(nèi)部第二陶瓷筒10的側(cè)面。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:一.減小羽流發(fā)散角:電勢降落主要集中在出口磁分界面處，離子在此電勢場中加速，可以獲得較小羽流發(fā)散角，較以前設計減小了 10度，間接增大了有效推力。
[0013]二.減小振蕩:出口羽流區(qū)磁場強度減小，從陰極發(fā)射出的電子不需橫越較強磁場，有效減小振蕩情況，同比減小了 10%，推力器工作更加穩(wěn)定。[0014]三.提高電離率:中段陶瓷二次電子發(fā)射系數(shù)較低，電子溫度升高，電離率提高
5% ο
[0015]四.永磁鐵溫度保護:通過減小陶瓷壁面吸收的熱量，降低陶瓷通道溫度，有效降低永磁鐵溫度50度，避免溫度過高引起磁鐵磁性下降。
[0016]五.減小端面腐蝕:陶瓷擋板的耐腐蝕性減輕了出口端面的腐蝕情況。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為多級尖端會切磁場等離子體推力器分段陶瓷通道的整體結構圖；
[0018]圖2為分段陶瓷管道的立體圖；
[0019]圖3為分段陶瓷管道的側(cè)視剖面圖；
[0020]圖4為分段陶瓷管道的正視圖。
【具體實施方式】
[0021]【具體實施方式】一:下面結合圖1至圖4說明本實施方式，本實施方式所述的多級尖端會切磁場等離子體推力器分段陶瓷通道，它包括放電回路和分段陶瓷管道；
[0022]所述放電回路包括陽極1、電源2和空心陰極3，空心陰極3的接線端子與電源2的負極端相連接，陽極I的接線端子與電源2的正極端相連接；
[0023]分段陶瓷管道包括基本磁場和陶瓷通道；
[0024]所述基本磁場包括第一永磁鐵4、兩個導磁環(huán)5、第二永磁鐵6和第三永磁鐵7，第一永磁鐵4的N極端與第二永磁鐵6的N極端之間通過一個導磁環(huán)5固定連接,第二永磁鐵6的S極端與第三永磁鐵7的S極端之間通過另一個導磁環(huán)5固定連接；
[0025]所述陶瓷通道包括陶瓷擋板8、第一陶瓷筒9和第二陶瓷筒10，陶瓷擋板8的末端與第一陶瓷筒9的一端通過機械擠壓連接，第一陶瓷筒9的另一端與第二陶瓷筒10的一端通過機械擠壓連接，第二陶瓷筒10的底部開有工質(zhì)射流孔11 ；
[0026]第一永磁鐵4的S極端固定連接在陶瓷擋板8的邊緣底部，陽極I固定連接在分段陶瓷管道內(nèi)部第二陶瓷筒10的側(cè)面。
[0027]本實施方式中，陶瓷擋板8與第一永磁鐵4構成磁回路，大大減弱了出口羽流區(qū)的磁場強度，當?shù)刈杩箿p小，從空心陰極3發(fā)射出的電子更容易進入通道中進行電離，且陶瓷擋板8能保護推力器免受陰極電子腐蝕；主要電勢降集中在第一永磁鐵4與第二永磁鐵6間磁分界面處，離子在此加速可以獲得更小的羽流發(fā)散角；第二陶瓷筒10能很好隔絕陶瓷通道對陽極I熱量的吸收，避免永磁鐵溫度過高。
[0028]【具體實施方式】二:本實施方式對【具體實施方式】一所述的多級尖端會切磁場等離子體推力器分段陶瓷通道的進一步限定，本實施方式中，所述陶瓷擋板8為氧化鎂材料制成。
[0029]【具體實施方式】三:本實施方式對【具體實施方式】一所述的多級尖端會切磁場等離子體推力器分段陶瓷通道的進一步限定，本實施方式中，所述第一陶瓷筒9為氮化硼材料制成。
[0030]【具體實施方式】四:本實施方式對【具體實施方式】一所述的多級尖端會切磁場等離子體推力器分段陶瓷通道的進一步限定，本實施方式中，所述陶瓷通道的軸向長度大于或等于基本磁場的軸向長度。[0031]【具體實施方式】五:本實施方式對【具體實施方式】一所述的多級尖端會切磁場等離子體推力器分段陶瓷通道的進一步限定，本實施方式中，所述第二陶瓷筒10的軸向長度小于或等于陶瓷通道的軸向長度的三分之一。
[0032]工作原理:
[0033]本發(fā)明所述陶瓷通道影響機制如下，陶瓷通道前段為高導磁率材料，擋板式結構，減小電子對推力器前端面腐蝕，同時與出口永磁鐵構成磁回路，具有一定屏蔽作用，有效減小出口羽流區(qū)的磁場強度，電子更容易進入通道進行電離，且主要電勢降集中在出口磁分界面，有效減小羽流發(fā)散角；中段氮化硼陶瓷具有較低二次電子發(fā)射系數(shù)，電子溫度較高，電離率較高；近陽極區(qū)后段隔熱陶瓷減少了通道對陽極熱量吸收，陽極熱量大部分通過陽極底面導熱散出，通道溫度較低，減少了對永磁鐵的散熱，避免永磁鐵因溫度過高而退磁。
【權利要求】
1.多級尖端會切磁場等離子體推力器分段陶瓷通道，其特征在于:它包括放電回路和分段陶瓷管道； 所述放電回路包括陽極(I)、電源(2)和空心陰極(3)，空心陰極(3)的接線端子與電源(2)的負極端相連接，陽極(I)的接線端子與電源(2)的正極端相連接； 分段陶瓷管道包括基本磁場和陶瓷通道； 所述基本磁場包括第一永磁鐵(4)、兩個導磁環(huán)(5)、第二永磁鐵(6)和第三永磁鐵(7),第一永磁鐵(4)的N極端與第二永磁鐵(6)的N極端之間通過一個導磁環(huán)(5)固定連接，第二永磁鐵(6 )的S極端與第三永磁鐵(7 )的S極端之間通過另一個導磁環(huán)(5 )固定連接； 所述陶瓷通道包括陶瓷擋板(8)、第一陶瓷筒(9)和第二陶瓷筒(10)，陶瓷擋板(8)的末端與第一陶瓷筒(9)的一端通過機械擠壓連接，第一陶瓷筒(9)的另一端與第二陶瓷筒(10)的一端通過機械擠壓連接，第二陶瓷筒(10)的底部開有工質(zhì)射流孔(11)； 第一永磁鐵(4)的S極端固定連接在陶瓷擋板(8)的邊緣底部，陽極(I)固定連接在分段陶瓷管道內(nèi)部第二陶瓷筒(10)的側(cè)面。
2.根據(jù)權利要求1所述的多級尖端會切磁場等離子體推力器分段陶瓷通道，其特征在于:所述陶瓷擋板(8)為氧化鎂材料制成。
3.根據(jù)權利要求1所述的多級尖端會切磁場等離子體推力器分段陶瓷通道，其特征在于:所述第一陶瓷筒(9)為氮化硼材料制成。
4.根據(jù)權利要求1所述的多級尖端會切磁場等離子體推力器分段陶瓷通道，其特征在于:所述陶瓷通道的軸向長度大于或等于基本磁場的軸向長度。
5.根據(jù)權利要求1所述的多級尖端會切磁場等離子體推力器分段陶瓷通道，其特征在于:所述第二陶瓷筒(10)的軸向長度小于或等于陶瓷通道的軸向長度的三分之一。
【文檔編號】F03H1/00GK103775297SQ201410075274
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年3月4日 優(yōu)先權日:2014年3月4日
【發(fā)明者】劉輝, 孫國順, 馬成毓, 陳蓬勃, 趙隱劍, 于達仁 申請人:哈爾濱工業(yè)大學