一种电推力器阳极气体分配器的制作方法

本发明属于电推进技术领域，尤其涉及一种电推力器气体分配器。

背景技术：

电推进技术由于其具有高比冲、长寿命、体积小等优点，在航天活动中受到了越来越广泛的应用。伴随着近些年微小卫星的发展，小型电推力器逐渐发展起来。电推力器的小型化，使得放电通道尺寸变小，这就给阳极气体分配器的设计带来困难。传统的多孔式电推力器气体分配器的气动设计，会使放电通道内推进剂气体周向和径向分布不均匀，导致在进气管路出口附近推进剂气体密度远远高于其他区域，由此使得放电通道中性粒子环境不均匀，等离子体放电不均匀，电子向阳极的流动加剧，造成了电推力器效率的下降。

技术实现要素：

为了解决上述已有技术存在的不足，本发明提出一种电推力器阳极气体分配器，具有周向和径向输气槽、射流孔与狭缝组合出气。为实现上述技术目的，本发明的具体技术方案如下：

一种电推力器阳极气体分配器，其特征在于，包括第一焊接螺钉、第二焊接螺钉、第一进气管、第二进气管、第一进气管固定座、第二进气管固定座、分配器下底、分配器上底，其中，所述分配器下底和所述分配器上底均为圆盘形；

所述分配器下底的内外圆周上设置有多对固定键槽，所述分配器下底设置有周向输气槽、第一进气孔、第二进气孔、第一沉孔、第二沉孔、径向输气槽；

所述分配器上底的内外圆周上设置有与所述多对固定键槽对应的多对固定键，所述分配器上底设置有0.32mm射流孔、0.46mm射流孔、0.56mm射流孔、0.6mm射流狭缝、1mm阻流板；

所述第一进气孔和所述第二进气孔关于所述分配器下底的圆心中心对称，所述第一沉孔和所述第二沉孔关于所述分配器下底的圆心中心对称，所述第一进气孔和所述第二进气孔的连线与所述第一沉孔和所述第二沉孔的连线垂直；

所述第一焊接螺钉插入所述第一沉孔并焊接固定，所述第二焊接螺钉插入所述第二沉孔并焊接固定；

所述第一进气管穿过所述第一进气管固定座并焊接密封，所述第一进气管固定座焊接固定在所述分配器下底并与所述第一进气孔同心对齐；所述第二进气管穿过所述第二进气管固定座并焊接密封，所述第二进气管固定座焊接固定在所述分配器下底并与所述第二进气孔同心对齐；

设定所述第一进气孔与所述分配器下底圆心的连线为0°基准，所述第二焊接螺钉与所述分配器下底圆心的连线为90°，所述第二进气孔与所述分配器下底圆心的连线为180°，所述第一焊接螺钉与所述分配器下底圆心的连线对应位置为270°；

在所述分配器下底的20.5°、90°、159.5°、200.5°、270°、339.5°位置，所述分配器下底的内外圆周上分别设置有一对固定键槽，所述分配器上底的对应位置设置有固定键；

所述分配器下底与所述分配器上底的内外圆周接缝处通过焊接固定密封，

所述分配器下底上有内圈环形凹槽、中间环形凹槽、外圈环形凹槽，所述中间环形凹槽即所述周向输气槽，沿所述周向输气槽的槽壁设置的所述多个径向输气槽与所述周向输气槽相通；

所述0.32mm射流孔、所述0.46mm射流孔和所述0.56mm射流孔的直径分别为0.32mm、0.46mm和0.56mm，所述1mm阻流板15的高度为1mm；

在所述分配器上底的12°、30°、44°的位置依次排布所述0.32mm射流孔、所述0.46mm射流孔、所述0.56mm射流孔，在所述分配器上底的136°、150°、168°的位置依次排布所述0.56mm射流孔、所述0.46mm射流孔、所述0.32mm射流孔，在所述分配器上底的192°、210°、224°的位置依次排布所述0.32mm射流孔、所述0.46mm射流孔、所述0.56mm射流孔，在所述分配器上底的316°、330°、348°的位置依次排布所述0.56mm射流孔、所述0.46mm射流孔、所述0.32mm射流孔；

所述0.6mm射流狭缝为两条弧形狭缝，在所述分配器上底的位置分别为66°-114°和246°-294°，宽度均为0.6mm；

在所述分配器上底的0°-47°、133°-227°、313-360°位置，所述分配器上底的内外圆周上与所述分配器下底的所述内圈环形凹槽和所述外圈环形凹槽的对应位置均设置有所述1mm阻流板。

进一步地，在所述分配器下底的0°-90°、180°-270°的范围内顺时针方向，所述径向输气槽将所述周向输气槽划分为4个扇道，每个扇道的圆心角依次为17.5°、27.5°、20°、10°，对应的所述径向输气槽的圆心角依次为2°、2°、5°、6°；在所述分配器下底的90°-180°、270°-0°的范围内，顺时针方向，所述径向输气槽将所述周向输气槽划分为4个扇道，每个扇道的圆心角依次为10°、20°、27.5°、17.5°，对应的所述径向输气槽的圆心角依次为6°、5°、2°、2°。

进一步地，所述多对固定键槽为6对，所述多对固定键为6对，所述分配器上底的外圆周上设置的每个固定键的圆心角为9°，所述分配器上底的内圆周上设置的每个固定键的圆心角为8°。

进一步地，所述分配器下底和所述分配器上底的外径均为42mm，内径均为26mm，不锈钢材质。

本发明的有益效果在于：

1.通过设置周向输气槽、径向输气槽、0.32mm射流孔、0.46mm射流孔、0.56mm射流孔和0.6mm射流狭缝能够实现对进气孔附近位置气体流动的最佳抑制效果，从而将来流流量的一部分转移到下游远离进气孔的位置，设置1mm阻流板进一步强化了这种抑制效果，通过设置周向输气槽、径向输气槽、射流孔、射流狭缝和阻流板，共同实现开槽引流、喉道与小孔组合截流的方法结合，使电推力器放电通道内气体分布更加均匀，且缩短了达到均布所需的距离；

2.本发明经过精确的计算和设计得出射流孔、射流狭缝、阻流板的详细参数和位置，通过采用comsol软件自由分子流模块仿真计算证明本发明的一种电推力器气体分配器能够使得进入放电通道内的推进剂气体在经过5mm-6mm的轴向扩散后即可达到径向周向均匀的效果，仅需较短的轴向长度即可达到均布效果，相比现有技术可缩短1-2mm；

3.双管进气，结构简单稳定，不需要额外的气体贮存室或缓冲腔，降低了与其相配合的阳极气路的复杂程度；

4.焊接固定，操作简单，焊接好的气体分配器具有良好的结构强度与抗振性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

图1为本发明的一种电推力器阳极气体分配器的装配图；

图2为本发明的一种电推力器阳极气体分配器的剖视图(沿对称轴剖视)；

图3为本发明的一种电推力器阳极气体分配器的分配器-下底结构图；

图4为本发明的一种电推力器阳极气体分配器的分配器-上底结构图(正面)。

图5为本发明的一种电推力器阳极气体分配器的分配器-上底结构图(背面)。

附图标号说明：

1-第一焊接螺钉；1’-第二焊接螺钉；2-第一进气管；2’-第二进气管；3-第一进气管固定座；3’-第二进气管固定座；4-分配器下底；5-分配器上底；6-固定键槽；7-周向输气槽；8-第一进气孔；8’-第二进气孔；9-径向输气槽；10-固定键；11-0.32mm射流孔；12-0.46mm射流孔；13-0.56mm射流孔；14-0.6mm射流狭缝；15-1mm阻流板。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1-图5所示，根据本发明实施例所述的一种电推力器阳极气体分配器，其特征在于，包括第一焊接螺钉1、第二焊接螺钉1’、第一进气管2、第二进气管2’、第一进气管固定座3、第二进气管固定座3’、分配器下底4、分配器上底5，其中，

分配器下底4和分配器上底5均为圆盘形；

分配器下底4的内外圆周上设置有多对固定键槽6，分配器下底4设置有周向输气槽7、第一进气孔8、第二进气孔8’、第一沉孔(未示出)、第二沉孔(未示出)、径向输气槽9；

分配器上底5的内外圆周上设置有与多对固定键槽6对应的多对固定键10，分配器上底5设置有0.32mm射流孔11、0.46mm射流孔12、0.56mm射流孔13、0.6mm射流狭缝14、1mm阻流板15；

第一进气孔8和第二进气8’孔关于分配器下底4的圆心中心对称，第一沉孔(未示出)和第二沉孔(未示出)关于分配器下底4的圆心中心对称，第一进气孔8和第二进气孔8’的连线与第一沉孔(未示出)和第二沉孔(未示出)的连线垂直；

第一焊接螺钉1插入第一沉孔(未示出)并焊接固定，第二焊接螺钉1’插入第二沉孔(未示出)并焊接固定；

第一进气管8穿过第一进气管固定座3并焊接密封，第一进气管固定座3焊接固定在分配器下底4并与第一进气孔8同心对齐；第二进气管8’穿过第二进气管固定座3’并焊接密封，第二进气管固定座3’焊接固定在分配器下底4并与第二进气孔8’同心对齐；

设定第一进气孔8与分配器下底4圆心的连线为0°基准，第二焊接螺钉1’与分配器下底4圆心的连线为90°，第二进气孔8’与分配器下底4圆心的连线为180°，第一焊接螺钉1与分配器下底4圆心的连线对应位置为270°；

在分配器下底4的20.5°、90°、159.5°、200.5°、270°、339.5°位置，分配器下底4的内外圆周上分别设置有一对固定键槽6，分配器上底5的对应位置设置有固定键10；

分配器下底4与分配器上底5的内外圆周接缝处通过焊接固定密封，分配器下底4上有内圈环形凹槽、中间环形凹槽、外圈环形凹槽，中间环形凹槽即周向输气槽7，沿周向输气槽7的槽壁设置的多个径向输气槽9与周向输气槽7相通；

0.32mm射流孔11、0.46mm射流孔12和0.56mm射流孔13的直径分别为0.32mm、0.46mm和0.56mm，1mm阻流板15的高度为1mm；

在分配器上底5的12°、30°、44°的位置依次排布0.32mm射流孔11、0.46mm射流孔12、0.56mm射流孔13，在分配器上底5的136°、150°、168°的位置依次排布0.56mm射流孔13、0.46mm射流孔12、0.32mm射流孔11，在分配器上底5的192°、210°、224°的位置依次排布0.32mm射流孔11、0.46mm射流孔12、0.56mm射流孔13，在分配器上底5的316°、330°、348°的位置依次排布0.56mm射流孔13、0.46mm射流孔12、0.32mm射流孔11；

0.6mm射流狭缝14为两条弧形狭缝，在分配器上底5的位置分别为66°-114°和246°-294°，宽度均为0.6mm；

在分配器上底5的0°-47°、133°-227°、313-360°位置，分配器上底5的内外圆周上与分配器下底4的内圈环形凹槽和外圈环形凹槽的对应位置均设置有1mm阻流板15。

通过分配器下底4的周向输气槽7和不同位置与宽度的径向输气槽9，可以达到对大流量中性气体流动的抑制，实现放电通道内均匀的推进剂气体分布。

通过分配器上底的0.32mm射流孔11、0.46mm射流孔12、0.56mm射流孔13及0.6mm射流狭缝14控制流量分配，不同位置的射流孔大小不同，越靠近进气孔第一进气孔8和第二进气孔8’，射流孔分布越稀疏，孔径也越小，对流动抑制作用越强。此外，1mm阻流板15使得通往内圈环形凹槽和外圈环形凹槽喉道的截面积变小，进一步抑制了上游出气的流量。

在一些实施方式中，在分配器下底4的0°-90°、180°-270°的范围内顺时针方向，径向输气槽9将周向输气槽7划分为4个扇道，每个扇道的圆心角依次为17.5°、27.5°、20°、10°，对应的径向输气槽9的圆心角依次为2°、2°、5°、6°；在分配器下底4的90°-180°、270°-0°的范围内，顺时针方向，径向输气槽9将周向输气槽7划分为4个扇道，每个扇道的圆心角依次为10°、20°、27.5°、17.5°，对应的径向输气槽9的圆心角依次为6°、5°、2°、2°。

推进剂气体通过第一进气孔8和第二进气孔8’进入环形周向输气槽7，沿着周向扩散，在周向不同的位置有不同宽度的径向输气槽9，使周向输气槽7中的推进剂气体向径向扩散，进入内外侧的喉道，并最终通过0.32mm射流孔11、0.46mm射流孔12、0.56mm射流孔13和0.6mm射流狭缝14排出。

在一些实施方式中，多对固定键槽为6对，多对固定键为6对，分配器上底的外圆周上设置的每个固定键的圆心角为9°，分配器上底的内圆周上设置的每个固定键的圆心角为8°。

在一些实施方式中，分配器下底和分配器上底的外径均为42mm，内径均为26mm，不锈钢材质。

在气体分配器与放电通道装配的过程中，将第一焊接螺钉1穿过放电通道并与外部螺母旋紧，将气体分配器和放电通道固定在一起，即可完成装配，此时只需要将电推力器其他零部件装配完毕即可得到完整的电推力器。

采用comsol软件自由分子流模块仿真计算对分配器性能进行评估，计算结果显示，在使用本发明的一种电推力器气体分配器后，进入放电通道内的推进剂气体在经过5mm-6mm的轴向扩散后即可达到径向周向均匀的效果，仅需较短的轴向长度即可达到均布效果，相比现有技术可缩短1-2mm。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。