一種霍爾推力器的陰極中心布局的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及航天技術和低溫等離子體技術領域，具體涉及一種霍爾推力器的陰極中心布局。
【背景技術】
[0002]陰極是霍爾推力器的重要部件，陰極發(fā)射的電子主要有兩個作用，一部分電子進入霍爾推力器通道內部，用于電離工質；另一部份電子在羽流中與束流離子復合，以保證羽流區(qū)的電中性。大量實驗表明，由于陰極和推力器放電過程的耦合作用，陰極的安裝位置和角度等對霍爾推力器放電等離子體特性，推力宏觀性能以及束流中和特性等都有很大的影響。
[0003]現(xiàn)有技術的霍爾推力器結構中，陰極安置在放電室外側，如圖1和圖2所示。主要存在如下問題:(1)由于陰極布局在放電室外側，使得陰極發(fā)射的電子不能均勻進入放電通道，陰極與放電室的耦合電壓偏高，進而影響到推力器的整體效率；(2)由于陰極位置相對放電室中軸線的偏離，束流中和效果不理想，給衛(wèi)星空間羽流防護帶來一定困難。
[0004]針對陰極發(fā)射電子相對放電通道及束流的非對稱性問題，提出一種陰極對稱布局的霍爾推力器結構解決方案。

【發(fā)明內容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種霍爾推力器的陰極中心布局，能夠提高了放電通道內的等離子體均勻性，降低陰極與放電室的耦合電壓，減少羽流中和的損失能量，最終有效提尚推力器的效率。
[0006]本發(fā)明的霍爾推力器的陰極中心布局，所述霍爾推力器包括內極靴、內繞線柱、放電通道、外極靴、外繞線柱、磁導底座和陰極，所述陰極由圓柱形的陰極主體結構和支撐部件組成，
[0007]步驟1，在霍爾推力器中內繞線柱和內極靴內沿霍爾推力器中心軸開設一個貫通內繞線柱和內極靴的圓柱形的空腔，其中，空腔的直徑與霍爾推力器的陰極主體結構的外徑相匹配；
[0008]步驟2，調節(jié)霍爾推力器的內繞線柱和外繞線柱上的線圈安匝數(shù)，直到獲得滿足霍爾推力器放電室通道所需要的磁場，且內繞線柱磁場處于非飽和狀態(tài)；
[0009]步驟3，將圓柱形的陰極主體結構放置于內繞線柱空腔內；并在陰極與內繞線柱空腔之間安裝陶瓷套筒。
[0010]有益效果:
[0011]本發(fā)明的霍爾推力器可以增加陰極與推力器的耦合效應，從而減小陰極的耦合電壓，增加推力器陽極有效電壓(加速電壓)，最終顯著提高霍爾推力器的效率；同時還提高了束流離子的中和均勻性，從而為衛(wèi)星電推進羽流防護起到一定的積極效應。
【附圖說明】
[0012]圖1現(xiàn)有技術的霍爾推力器剖面結構示意圖。
[0013]圖2現(xiàn)有技術的霍爾推力器俯視結構示意圖。
[0014]圖3本發(fā)明的霍爾推力器磁路結構示意圖。
[0015]圖4本發(fā)明的霍爾推力器剖面結構示意圖。
[0016]圖5本發(fā)明的霍爾推力器俯視結構示意圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖并舉實施例，對本發(fā)明進行詳細描述。
[0018]本發(fā)明提供了一種霍爾推力器的陰極中心布局?，F(xiàn)有的霍爾推力器結構如圖1所示，包括內極靴、內繞線柱、放電通道、外極靴、外繞線柱、磁導底座和陰極，其中陰極由圓柱形的陰極主體結構和支撐部件組成，本發(fā)明將陰極布局在霍爾推力器中心，實現(xiàn)陰極結構對稱布局，陰極發(fā)射電子可均勻進入放電通道，同時發(fā)射原初電子位于束流中心可更均勻實現(xiàn)束流離子中和。具體結構如圖3?圖5所示，具體包括如下步驟:
[0019]步驟1，在霍爾推力器磁路結構中內繞線柱和內極靴內沿霍爾推力器中心軸開設一個貫通內繞線柱和內極靴的圓柱形的空腔結構，其中，空腔結構的直徑與陰極主體結構的外徑相匹配；
[0020]步驟2，調節(jié)內繞線柱和外繞線柱上的線圈安匝數(shù)，直到獲得滿足霍爾推力器放電室通道所需要的磁場，且內繞線柱磁場處于非飽和狀態(tài)。其中，放電通道磁場需要滿足的主要指標如下:1)放電通道內主要為徑向磁場，且磁場關于放電通道中心對稱；2)陽極附近處磁場近似為零；3)從陽極往出口方向磁場強度逐漸增大，在出口處有最大值(>160Gs)。
[0021]步驟3，將陰極的支撐部件去除，僅保留其主體的圓柱體結構，將陰極放置于內繞線柱空腔部分內；并在陰極與內繞線柱空腔部分之間安裝陶瓷套筒，實現(xiàn)陰極與內繞線柱之間的電絕緣。
[0022]本發(fā)明通過局部結構的改變，實現(xiàn)了霍爾推力器的一種陰極中心布局方案。其磁路結構如圖3所示，主要包括:導磁底座、外繞線柱、內繞線柱、外極靴、內極靴和磁屏。由于陰極安置于推力器幾何中心，從陰極出來的電子具有相同概率進入放電通道，這將有利于放電通道內的等離子體均勻性，減小陰極與推力器的耦合電壓，從而增加霍爾推力器陽極有效電壓(加速電壓)，最終使得推力器的效率顯著提高。同時陰極對稱布局的霍爾推力器結構下，發(fā)射電子可以更有效的與束流離子進行中和，減少羽流中和的損失能量。
[0023]綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種霍爾推力器的陰極中心布局，所述霍爾推力器包括內極靴、內繞線柱、放電通道、外極靴、外繞線柱、磁導底座和陰極，所述陰極由圓柱形的陰極主體結構和支撐部件組成，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1，在霍爾推力器中內繞線柱和內極靴內沿霍爾推力器中心軸開設一個貫通內繞線柱和內極靴的圓柱形的空腔，其中，空腔的直徑與霍爾推力器的陰極主體結構的外徑相匹配； 步驟2，調節(jié)霍爾推力器的內繞線柱和外繞線柱上的線圈安匝數(shù)，直到獲得滿足霍爾推力器放電室通道所需要的磁場，且內繞線柱磁場處于非飽和狀態(tài)； 步驟3，將圓柱形的陰極主體結構放置于內繞線柱空腔內；并在陰極與內繞線柱空腔之間安裝陶瓷套筒。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種霍爾推力器的陰極中心布局。使用本發(fā)明能夠提高放電通道內的等離子體均勻性，降低陰極與放電室的耦合電壓，減少羽流中和的損失能量，最終有效提高推力器的效率。本發(fā)明首先在現(xiàn)有霍爾推力器結構中的內繞線柱和內極靴內沿霍爾推力器中心軸開設一個貫通內繞線柱和內極靴的圓柱形的空腔；然后調節(jié)霍爾推力器的內繞線柱和外繞線柱上的線圈安匝數(shù)，直到獲得滿足霍爾推力器放電室通道所需要的磁場，且內繞線柱磁場處于非飽和狀態(tài)；最后將圓柱形的陰極主體結構放置于內繞線柱空腔內；并在陰極與內繞線柱空腔之間安裝陶瓷套筒。
【IPC分類】F03H1/00, H05H1/02
【公開號】CN105003409
【申請?zhí)枴緾N201510419211
【發(fā)明人】龍建飛, 張?zhí)炱? 楊樂, 賈連軍, 高俊
【申請人】蘭州空間技術物理研究所
【公開日】2015年10月28日
【申請日】2015年7月16日