技术领域本发明属于航天电推进技术和等离子体技术领域。
背景技术：
霍尔推力器是一种利用正交电磁场电离和加速原子工质，将电能转换为离子动能的电推力器，具有结构简单、比冲高、效率高、可靠性高等优点，适用于各类航天器的姿态控制、位置保持、深空探测等任务，是目前国际上应用最成熟的电推进装置之一。霍尔推力器通道内的磁场设计是推力器研究中不可或缺的部分，它是维持推力器持续稳定放电、控制离子束流发散的关键。理想的磁路结构所形成的磁场应当能够保证霍尔推力器正常放电工作，并且沿着通道中心线磁场梯度大，磁场强度最大值位置合理，对离子具有聚焦的效果，以减少离子对陶瓷壁面的溅射腐蚀。霍尔推力器正朝着大功率、大推力的方向发展，以使航天器能够在短时间内获得大的速度增量，缩短任务时间。霍尔推力器的加速机制决定了其推力密度是一定的，因此增大推力提高功率的主要手段是增大通流面积。目前增大通流面积的主要措施是在保持一定的通道高径比通道宽度与通道中径的比值的基础上增大径向尺寸。然而，这样既会造成推力器的重量增长过多，不利于航天器总体质量与成本控制，又会造成推力器在航天器上的安装布局变得困难。为了规避上述问题，在保持径向尺寸基本不变的前提下采用大高径比的设计来增大通流面积是大功率大推力霍尔推力器发展的重要方向。相对于同等径向尺寸的推力器，大高径比推力器在磁场设计上面临着两个新的挑战：一是内部磁路空间被不可避免地压缩，保证高效励磁的结构设计变得困难，二是内外磁极间距磁隙增大，通道内磁场强度难以保证。综上，在霍尔推力器向着大功率、大推力的发展过程中，大高径比通道构型的推力器具有大推重比、小尺寸的优点；然而，大高径比条件下的励磁性能与效率面临挑战。需要一种合理的磁路结构设计，能够满足理想的磁路结构所形成的磁场。
技术实现要素：
本发明的目的是为了解决霍尔推力器保持径向轮廓尺寸不增加的前提下，为了增大放电通道面积而采用大高径比通道设计带来的磁场设计困难的问题，提供了一种大高径比霍尔推力器的磁路结构。本发明所述一种大高径比霍尔推力器的磁路结构，它包括上磁极板、外导磁罩、下导磁底板、内铁芯和磁屏；下导磁底板与外导磁罩共同围成向上开口的圆桶形结构；外导磁罩的上边沿设置环形结构的上磁极板，所述上磁极板与下导磁底板上下相对；下导磁底板的上表面中心位置设置有圆柱形结构的内铁芯；磁屏包括外磁屏、内磁屏和磁屏底座；外磁屏为圆筒型结构，磁屏底座为圆环形平板结构，内磁屏为向下开口的喇叭型结构，内磁屏的喇叭小口端与内铁芯的侧壁之间存在间隙，内磁屏的喇叭大口端固定在磁屏底座的内环端，磁屏底座的外环端固定在外导磁罩的内侧壁上；外磁屏的下边沿固定在磁屏底座的环面上表面；磁屏底座和下导磁底板之间的空隙用于安装励磁线圈；外磁屏与外导磁罩上部之间的空隙用于安装励磁线圈。内磁屏设计为倾斜，放电通道外径不变，通道内壁面向内倾斜，内铁芯向内缩进。经过结构的优化后，磁路所获得的磁场位形如图所示，通道内的磁场强度将会由于内外磁屏的距离改变而改变，可以通过调节外磁屏和外磁屏的结构尺寸、线圈的匝数和励磁电流来优化磁场，以获得合适的磁场梯度以及合适的最大磁场强度位置。本发明的优点：1本发明霍尔推力器磁路结构，通过将内磁屏倾斜并且优化磁路结构，使得放电通道的高径比增大，在增大放电通道面积，以增大推力的同时，可以不过多的增大推力器的径向结构尺寸；2通道内部磁力线向通道里弯曲，磁场的中心线和通道中心线基本一致，指向推力器的中轴线，这样的磁场可以将工质电离加速后的离子束向着推力器中轴线方向运动，减少了离子对通道出口段外壁面的溅射腐蚀。附图说明图1是本发明所述大高径比霍尔推力器的磁路结构的结构示意图；图2是本发明中大高径比霍尔推力器放电通道内磁场位形图，通道内的直线为通道中心线；图3是本发明中大高径比霍尔推力器放电通道中心线的磁场强度分布图。具体实施方式具体实施方式一：下面结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述一种大高径比霍尔推力器的磁路结构，它包括上磁极板1、外导磁罩2、下导磁底板3、内铁芯4和磁屏5；下导磁底板3与外导磁罩2共同围成向上开口的圆桶形结构；外导磁罩2的上边沿设置环形结构的上磁极板1，所述上磁极板1与下导磁底板3上下相对；下导磁底板3的上表面中心位置设置有圆柱形结构的内铁芯4；磁屏5包括外磁屏51、内磁屏52和磁屏底座53；外磁屏51为圆筒型结构，磁屏底座53为圆环形平板结构，内磁屏52为向下开口的喇叭型结构，内磁屏52的喇叭小口端与内铁芯4的侧壁之间存在间隙，内磁屏52的喇叭大口端固定在磁屏底座53的内环端，磁屏底座53的外环端固定在外导磁罩2的内侧壁上；外磁屏51的下边沿固定在磁屏底座53的环面上表面；磁屏底座53和下导磁底板3之间的空隙用于安装励磁线圈；外磁屏51与外导磁罩2上部之间的空隙用于安装励磁线圈。内磁屏52设计为倾斜，放电通道外径不变，通道内壁面向内倾斜，内铁芯4向内缩进。经过结构的优化后，磁路所获得的磁场位形如图2所示，通道内的磁场强度将会由于内外磁屏的距离改变而改变，可以通过调节外磁屏51和内磁屏52的结构尺寸、线圈的匝数和励磁电流来优化磁场，以获得合适的磁场梯度以及合适的最大磁场强度位置。在设计如图2所示的磁场位形时，本发明主要进行了以下的设计：1本发明中大高径比霍尔推力器的磁路结构设计，主要是通过将内铁芯4内缩，内磁屏52向内倾斜，以获得磁场的磁力线向通道里弯曲，并且，磁力线的中心线沿着通道中心线指向推力器的中轴线。这样可以方便放电通道设计为内壁向内倾斜并缩进的结构，以获得大的高径比，在不增大推力器径向尺寸的情况下，就可以增大霍尔推力器放电通道通流面积；2由于本发明中放电通道内壁面向推力器中轴线倾斜并缩短了轴向长度，磁路设计所获得的磁力线中心线和通道中心线都指向推力器的中轴线，在推力器工作的过程中，离子束将会向中轴线汇聚，这会降低离子对壁面的溅射腐蚀；3对于由于内磁屏52向内弯曲导致内外磁屏的间距增大而产生的放电通道内磁场强度的降低，将主要通过改变励磁线圈匝数和励磁电流的大小，结合调整上磁极板和下导磁底板的厚度，内外磁屏的长度来优化磁场，以获得合适的磁场强度来增大电离效率，所获得磁场强度变化如图3所示，磁场强度的最大值超过280Gauss；并且，通过合适的设计和优化，所获得的磁场强度可以达到更大值；4在通道出口处，通过将上磁极板的内圆边界进行切边处理，使得通道出口处靠近外壁面的磁力线的弯曲程度增大，包围住陶瓷的外壁出口段。综上所述，以上仅为本发明的实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。具体实施方式二：本实施方式对实施方式一作进一步说明，内铁芯4的高度低于外导磁罩2的高度。具体实施方式三：本实施方式对实施方式一作进一步说明，外导磁罩2包括上部外导磁罩21和下部外导磁罩22，上部外导磁罩21和下部外导磁罩22之间夹持磁屏底座53的外环端。具体实施方式四：本实施方式对实施方式一作进一步说明，上磁极板1、外导磁罩2、下导磁底板3、内铁芯4和磁屏5的材料均为DT4C。具体实施方式五：本实施方式对实施方式一作进一步说明，内铁芯4的顶端为弧面结构。本实施方式对内铁芯4的顶端进行圆滑处理，使结构更平滑，磁力线构型更优化。也可以根据实际需求将内铁芯4顶端进行其它形状处理。