本發(fā)明涉及一種環(huán)形微弧陰極放電等離子體推進(jìn)裝置，尤其適用于微納衛(wèi)星空間推進(jìn)過程，屬于微型推進(jìn)裝置技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸對探測衛(wèi)星的成本以及制作時(shí)間周期有了新的要求。微納衛(wèi)星是未來衛(wèi)星發(fā)展的一個(gè)重要方向，微納衛(wèi)星具有成本低、體積小、研制周期短、擴(kuò)展能力強(qiáng)、發(fā)射方式靈活等優(yōu)點(diǎn)，正因?yàn)槲⒓{衛(wèi)星具有上述優(yōu)點(diǎn)，其在進(jìn)行目標(biāo)偵查時(shí)，便于對目標(biāo)近距離、高精度逼近監(jiān)視以及對抗，同時(shí)，又不會(huì)被目標(biāo)發(fā)現(xiàn)，這在軍事作戰(zhàn)上具有重大意義。

微納衛(wèi)星對目標(biāo)的長時(shí)間監(jiān)視和高精度逼近對微納衛(wèi)星的推進(jìn)模塊提出了較高的要求，長期監(jiān)控需要推進(jìn)模塊應(yīng)具有較高的總沖，以便為微納衛(wèi)星提供較長時(shí)間的機(jī)動(dòng)能力；高精度逼近則要求推進(jìn)模塊能夠提供較小的元沖量；同時(shí)，微納衛(wèi)星也對推進(jìn)模塊的體積、重量、功率等提出了一定的限制。

微弧陰極放電推力器屬于一種微型電推進(jìn)裝置，現(xiàn)有技術(shù)中，常規(guī)的微型電推進(jìn)裝置存在如下問題：

第一、質(zhì)量較大，常規(guī)的微型電推進(jìn)裝置，例如微型霍爾推進(jìn)模塊、微型離子推進(jìn)模塊等微型電推進(jìn)模塊均需要采用專門的推進(jìn)劑貯罐、管路、閥門等貯供裝置，造成質(zhì)量較大。

第二、總沖較低，常規(guī)微型電推進(jìn)裝置比沖一般為1000s左右，由于微納衛(wèi)星對重量的限制，導(dǎo)致常規(guī)微型電推進(jìn)裝置提升的總沖具有一定限制

第三、磁聚焦裝置能量損耗大，常規(guī)微型電推進(jìn)裝置中采用電磁線圈產(chǎn)生磁場，聚焦加速帶電粒子，但是電磁線圈工作過程中會(huì)有一定的能量損耗。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種環(huán)形微弧陰極放電等離子體推進(jìn)裝置，通過合理設(shè)置套筒、第一金屬塊、絕緣塊和第二金屬塊，且第二金屬塊同時(shí)作為固體推進(jìn)劑，不再需要專門的貯供裝置，大幅縮減了裝置的質(zhì)量，解決了傳統(tǒng)微型電推進(jìn)裝置質(zhì)量較大的問題；通過彈簧、磁芯和永磁體的配合，利用產(chǎn)生的磁場聚焦加速帶電粒子，提高比沖，在推進(jìn)劑質(zhì)量不變的前提下提高總沖，一定程度上突破常規(guī)微型電推進(jìn)裝置總沖的限制；通過采用磁芯和永磁體的配合，取代常規(guī)微型電推進(jìn)裝置中采用的電磁線圈，避免了采用電磁線圈帶來的能量損耗。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種環(huán)形微弧陰極放電等離子體推進(jìn)裝置，包括套筒、第一金屬塊、絕緣環(huán)、第二金屬塊、彈簧、法蘭、磁芯和永磁體；套筒內(nèi)設(shè)有臺階通孔，第一金屬塊、絕緣塊、第二金屬塊和彈簧依次穿設(shè)在所述臺階通孔中并相互貼合，彈簧與法蘭貼合，法蘭與套筒一端固定連接，套筒另一端穿設(shè)在磁芯和永磁體中，磁芯與永磁體貼合。

在上述的一種環(huán)形微弧陰極放電等離子體推進(jìn)裝置中，所述第一金屬塊和絕緣塊的貼合面與磁芯和永磁體的貼合面位于同一平面內(nèi)。

在上述的一種環(huán)形微弧陰極放電等離子體推進(jìn)裝置中，所述套筒和法蘭均采用聚四氟乙烯材料。

在上述的一種環(huán)形微弧陰極放電等離子體推進(jìn)裝置中，所述第一金屬塊的形狀為環(huán)形，第一金屬塊采用的材料為銅。

在上述的一種環(huán)形微弧陰極放電等離子體推進(jìn)裝置中，所述絕緣塊的形狀為環(huán)形，絕緣塊采用陶瓷材料。

在上述的一種環(huán)形微弧陰極放電等離子體推進(jìn)裝置中，所述第二金屬塊的形狀為環(huán)形，第二金屬塊采用的材料為鈦。

在上述的一種環(huán)形微弧陰極放電等離子體推進(jìn)裝置中，所述彈簧采用材料為1cr18ni9ti，彈簧剛度為2n/mm。

在上述的一種環(huán)形微弧陰極放電等離子體推進(jìn)裝置中，所述磁芯的厚度不超過2mm。

在上述的一種環(huán)形微弧陰極放電等離子體推進(jìn)裝置中，所述磁芯的形狀為環(huán)形，磁芯采用不銹鋼材料。

在上述的一種環(huán)形微弧陰極放電等離子體推進(jìn)裝置中，所述永磁體的形狀為環(huán)形，永磁體采用耐高溫釤鈷材料。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：

1、本發(fā)明通過合理設(shè)置套筒、第一金屬塊、絕緣塊和第二金屬塊，且第二金屬塊同時(shí)作為固體推進(jìn)劑，不再需要專門的貯供裝置，大幅縮減了裝置的質(zhì)量，解決了傳統(tǒng)微型電推進(jìn)裝置質(zhì)量較大的問題。

2、本發(fā)明利用產(chǎn)生的磁場聚焦加速帶電粒子，提高比沖，在推進(jìn)劑質(zhì)量不變的前提下提高總沖，一定程度上突破常規(guī)微型電推進(jìn)裝置總沖的限制。

3、本發(fā)明通過采用磁芯和永磁體的配合，取代常規(guī)微型電推進(jìn)裝置中采用的電磁線圈，避免了采用電磁線圈帶來的能量損耗。

4、本發(fā)明的彈簧、法蘭、磁芯和永磁體均為常規(guī)元件，便于維修和更換，大幅降低了生產(chǎn)成本。

5、本發(fā)明適用于多種工作環(huán)境，在復(fù)雜工況下依然能夠正常使用，可操作性強(qiáng)。

6、本發(fā)明具有質(zhì)量輕、體積小、精度高的特點(diǎn)，能夠保證長時(shí)間穩(wěn)定工作。

7、本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)緊湊、通用便捷，具有廣闊的市場應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)圖

圖2為本發(fā)明示意圖

圖3為本發(fā)明主視圖

圖4為本發(fā)明等軸側(cè)視圖

圖5為本發(fā)明右視圖

其中：1套筒；2第一金屬塊；3絕緣塊；4第二金屬塊；5彈簧；6法蘭；7磁芯；8永磁體；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖說明和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

如圖1所示，一種環(huán)形微弧陰極放電等離子體推進(jìn)裝置，包括套筒1、第一金屬塊2、絕緣塊3、第二金屬塊4、彈簧5、法蘭6、磁芯7和永磁體8；套筒1內(nèi)設(shè)有臺階通孔，第一金屬塊2、絕緣塊3、第二金屬塊4和彈簧5依次穿設(shè)在所述臺階通孔中并相互貼合，彈簧5與法蘭6貼合，法蘭6與套筒1一端固定連接，套筒1另一端穿設(shè)在磁芯7和永磁體8中，磁芯7與永磁體8貼合。

第一金屬塊2和絕緣塊3的貼合面與磁芯7和永磁體8的貼合面位于同一平面內(nèi)。

優(yōu)選的，套筒1和法蘭6均采用聚四氟乙烯材料。

第一金屬塊2的形狀為環(huán)形，第一金屬塊2采用的材料為銅。

絕緣塊3的形狀為環(huán)形，絕緣塊3采用陶瓷材料。

第二金屬塊4的形狀為環(huán)形，第二金屬塊4采用的材料為鈦。

彈簧6采用材料為1cr18ni9ti，彈簧剛度為2n/mm。

磁芯7的厚度不超過2mm。

磁芯7的形狀為環(huán)形，磁芯7采用不銹鋼材料。

永磁體8的形狀為環(huán)形，永磁體8采用耐高溫釤鈷材料。

實(shí)際使用時(shí)，利用磁芯7和永磁體8配合可產(chǎn)生高達(dá)0.3t的磁場，該磁場若是采用電磁線圈產(chǎn)生，采用標(biāo)稱直徑為0.5mm的漆包線700匝(約20m，則電阻為2.19ω/m)，需要?jiǎng)?lì)磁電流i＝10a，標(biāo)稱直徑0.5mm的漆包線每米電阻值為2.19ω/m，計(jì)算可知?jiǎng)?lì)磁線圈電阻為r＝2.19ω/m×20m＝43.8ω，則每秒鐘的功耗最大可達(dá)i²rt＝(10a)²×43.8ω×1s＝4.38kj，同時(shí)還有熱量產(chǎn)生。而采用磁芯7和永磁體8配合產(chǎn)生磁場則可以節(jié)約這部分功耗，大大減小整個(gè)推力器的功耗。

本發(fā)明的工作原理是：

由外加的ppu模塊提供瞬間高電壓，在第一金屬塊2和第二金屬塊4之間產(chǎn)生放電電弧燒蝕第二金屬塊4材料產(chǎn)生較高電離度的高速等離子體，并利用磁芯7和永磁體8配合產(chǎn)生的磁場加速聚焦等離子體以產(chǎn)生推力。

本發(fā)明說明書中未詳細(xì)描述的內(nèi)容為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知技術(shù)。