三级加速式螺旋波等离子体推进装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及空间推进技术领域。
【背景技术】
[0002]目前，随着人类空间活动以及深空探测活动的日益活跃，航天技术也随之产生巨大和迅猛发展，人类在空间的活动范围也越来越广阔，这就对航天器推进系统提出了更高的指标要求。航天器在太空飞行阶段进行姿态控制、南北位置保持、轨道机动和离轨等任务时空间推进系统为其提供动力。而空间推进技术一般可以分为化学推进和电推进，以及一些其它的推进技术，比如核能推进，太阳帆推进等技术。电推进与化学推进相比具有比冲高、寿命长、推力小且控制精度高的特点，因此电推进在空间推进领域的应用前景非常广阔。
[0003]在目前大部分使用和研制的等离子体推进系统中，等离子体主要是通过推进工质与高能电子的碰撞而产生，这种方式的电离效率较低，推进器的电极易受到腐蚀，使推进器寿命缩短，为了避免电极腐蚀，就需要缩小选择推进工质的范围。为了克服这些缺点，螺旋波双层推进器(简称HDLT)或螺旋波等离子体推进器(简称HPT)得到了迅速发展，这种推进器具有无电极烧蚀、高等离子体密度和高电离率的螺旋波等离子体源，依靠螺旋波等离子体双层效应加速离子。
[0004]通过进一步的实验研宄表明，仅依靠螺旋波等离子体双层效应加速离子而作为推进方式的效果并不好，目前，HPT加速离子的能力与传统化学推进相当，推进能力也显不足，无法满足未来长寿命卫星平台、空间站和深空探测器的需求。
【发明内容】
[0005]本发明针对以上提出的推进装置加速离子和推力性能不足的问题，设计出一种三级加速式螺旋波等离子体推进装置的技术方案:一种三级加速式螺旋波等离子体推进装置，其特征在于:shoji型天线与射频功率源相连，并环绕固定于放电室外部。shoji型天线和放电室均固定于套筒内部，电磁线圈规则有序地环绕固定在套筒外圆周面。放电室的后部设有旋转电场离子加速系统，该旋转电场离子加速系统包括四个均匀对称安置于所述套筒外圆周面的石墨电极，四个石墨电极分为两组分别通过导线与两个正弦交变电压源相连接。旋转电场尚子加速系统的末端设有电磁喷管尚子加速系统，该电磁喷管尚子加速系统包括一端与放电室尾部连接的圆锥形扩张喷管，电磁线圈环绕固定于扩张喷管的外圆锥面。套筒的材质为碳纤维复合材料。电磁线圈由空心铜管环绕组成。喷管材质为钛合金。喷管内表面镶嵌一层保护陶瓷。
[0006]与现有技术相比，本发明结合螺旋波等离子体自身的电势降加速离子的特点，采用旋转电场加速系统对等离子体进行二级加速，再通过电磁喷管进一步加速，形成三级加速效果，从而高效加速离子而产生推力，可以实现推进器在高功率下工作，实现高离子喷出速度、高推进能力的可靠性能，具有广阔的应用前景，能够为未来空间技术发展提供高性能的动力平台。
【附图说明】
[0007]图1是本发明实施例三级加速式螺旋波等离子体推进装置结构示意图。
[0008]图2是本发明实施例中所述的旋转电场离子加速系统(202)原理示意图。
【具体实施方式】
[0009]图1与图2是这种三级加速式螺旋波等离子体推进装置的结构示意图。从图中可以看出，它的shoji型天线101与射频功率源相连，并环绕固定于放电室102的外部。shoji型天线101和放电室102均固定在套筒104的内部。电磁线圈1-103规则有序地环绕固定在套筒104外圆周面。电磁线圈1-103由空心铜管环绕组成，工质气体从储气室出来后通过空心铜管再进入放电室102，该过程既可以以对铜管冷却，又可以预热工质气体。套筒104的材质为碳纤维复合材料。放电室102用于将等离子体屏蔽在一定区域内防止设备受到腐蚀，shoji型天线101用于激发螺旋波等离子体，利用等离子体自身电势降对等离子体加速，套筒104作为主体结构用于固定其他部件，电磁线圈1-103产生轴向均匀磁场，以激发螺旋波等离子体。放电室102的后部设有旋转电场离子加速系统201，该旋转电场离子加速系统201包括四个均匀对称安置于套筒104外圆周面的石墨电极105，这四个石墨电极105分为两组分别通过导线106与两个正弦交变电压源109相连接。当电极板间加载振荡电压时，在径向电场与轴向磁场的共同作用下，电子运动轨迹由拉莫尔回旋运动和EXB漂移运动叠加而成。在径向电子密度梯度作用下，大量电子EXB漂移运动叠加后将形成回旋电流，在磁场径向分量作用下，产生轴向加速的洛仑兹力，从而产生一个空间旋转的电场来加速离子。旋转电场离子加速系统201的末端还设有电磁喷管离子加速系统202，该电磁喷管离子加速系统202包括一端与放电室102尾部连接的圆锥形扩张喷管108，以及环绕固定在扩张喷管108的外圆锥面上的电磁线圈i1-107。喷管108的材质为钛合金。喷管108的内表面镶嵌一层保护陶瓷。电磁喷管离子加速系统202通过电磁线圈i1-107产生轴向磁场结合扩张喷管进一步加速离子。最终形成三级加速等离子体的方式。图中M是表示进气方向。
[0010]本实施例采用螺旋波等离子体自身电势降加速与旋转电场离子加速以及电磁喷管离子加速三者结合的方式，可以使推进器具有较高的离子喷出速度、推力性能。
[0011]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种三级加速式螺旋波等离子体推进装置，其特征在于:shoji型天线(101)与射频功率源相连，并环绕固定于放电室(102)外部，所述shoji型天线(101)和放电室(102)均固定于套筒(104)内部，电磁线圈i (103)规则有序地环绕固定在所述套筒(104)外圆周面；所述放电室(102)的后部设有旋转电场离子加速系统(201)，该旋转电场离子加速系统(201)包括四个均匀对称安置于所述套筒(104)外圆周面的石墨电极(105)，所述四个石墨电极(105)分为两组分别通过导线(106)与两个正弦交变电压源(109)相连接；所述旋转电场离子加速系统(201)的末端设有电磁喷管离子加速系统(202)，该电磁喷管离子加速系统(202)包括一端与所述放电室(102)尾部连接的圆锥形扩张喷管(108)，电磁线圈?(107)环绕固定于所述扩张喷管(108)的外圆锥面。
2.根据权利要求1所述的三级加速式螺旋波等离子体推进装置，其特征在于:所述套筒(104)的材质为碳纤维复合材料。
3.根据权利要求1所述的三级加速式螺旋波等离子体推进装置，其特征在于:所述电磁线圈i (103)由空心铜管环绕组成。
4.根据权利要求1所述的三级加速式螺旋波等离子体推进装置，其特征在于:所述喷管(108)材质为钛合金。
5.根据权利要求4所述的三级加速式螺旋波等离子体推进装置，其特征在于:所述喷管(108)内表面镶嵌一层保护陶瓷。
【专利摘要】一种三级加速式螺旋波等离子体推进装置，其特点是：天线与射频功率源相连并和放电室固定于套筒内部，电磁线圈环绕固定在套筒外圆周面。放电室的后部设有旋转电场离子加速系统，该系统包括四个均匀对称安置于套筒外圆周面的石墨电极。旋转电场离子加速系统的末端设有电磁喷管离子加速系统，该系统包括一端与放电室尾部连接的圆锥形扩张喷管与电磁线圈。本发明采用旋转电场加速系统对等离子体进行二级加速，再通过电磁喷管进一步加速，形成三级加速效果，从而高效加速离子而产生推力，可以实现推进器在高功率下工作，实现高离子喷出速度、高推进能力的可靠性能，具有广阔的应用前景，能够为未来空间技术发展提供高性能的动力平台。
【IPC分类】F03H1-00
【公开号】CN104653422
【申请号】CN201510035736
【发明人】夏广庆, 王鹏, 邹存祚, 郝剑昆, 徐宗琦
【申请人】大连理工大学
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年1月22日