一种新型三环混合电推力器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及航天器推进技术领域，尤其涉及一种用于空间的三环混合电推力器。
【背景技术】
[0002]我国未来军、民航天都需要高性能的新一代空间推进技术，比冲很高的电推进技术是主要发展方向，但目前电推进技术存在如下方面不足:(I)技术最成熟的离子和霍尔电推进的功率最大到数十千瓦，距离未来大型航天器轨道转移、载人航天、星际探测等需求的数百千瓦到兆瓦级还存在较大的技术差距；(2)未来航天任务需要多模式的电推进系统，如载人航天和地球轨道转移需要尽量缩短周期以避免辐射环境不利影响，要求电推进具有象霍尔那样的大推力特性，而机器人星际探测和HEO轨道维持需要尽量节省推进剂用量以降低使命成本，要求电推进具有象离子那样的高比冲特性。事实上，未来大量航天任务需要多模式的电推进系统以满足不同阶段对电推进系统的需求并实现使命整体优化；(3)正在发展的磁等离子动力(MPD)、变比冲磁等离子(VAS頂R)、脉冲感应(PIT)等电推进类型尽管适合高功率需求使命，但在技术成熟性方面差距还很大，特别是长寿命问题解决还看不到希望。
【发明内容】
[0003]有鉴于此，本发明提供了一种用于空间的三环混合电推力器，克服现有成熟的离子与霍尔电推力器的不足，实现电推力器的高功率、多模式和长寿命。
[0004]为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的:
[0005]一种三环混合电推力器，安装基座上从内到外依次加工有三个同轴的环形空腔结构，分别定义为第一、第二和第三环形腔结构；
[0006]所述第一环形腔结构的顶端中部位置固定安装中和器阴极，环形空腔底部对称布置两个霍尔组件阳极，由此形成霍尔组件；
[0007]所述第二环形腔结构的空腔底部中心对称布置两个第一离子组件主阴极，该环形空腔的周向布置永久磁铁，环形空腔的开口上方布置第一离子组件栅极，由此形成第一离子组件；
[0008]所述第三环形腔结构的空腔底部中心对称布置两个第二离子组件主阴极，该环形空腔的周向布置永久磁铁，环形空腔的开口上方布置第二离子组件栅极，由此形成第二离子组件。
[0009]当所述霍尔组件的环形放电室的内径为15cm、功率为5kW，第一离子组件的环形放电室的外径为30cm、功率为1kW且第二离子组件的环形放电室的外径为45cm、功率为1kW时，所述混合离子推力器还包括均为圆柱状的第二中和器阴极和第三中和器阴极，两者沿与第二离子组件的圆柱外形的母线平行的方向对称布置在其外侧。
[0010]所述中和器阴极镶嵌在所述第一环形腔结构的顶端，中和器阴极可沿第一环形腔结构的中心轴线上、下移动，其移动行程为2cm以内。
[0011]有益效果:
[0012](I)本发明的三环混合离子推力器，通过三个推力器的混合使用，可实现最多七种工作模式，根据不同的空间推进需求采用相应的工作模式，一方面具有很好的性能范围扩展性，另一方面具有结合具体使命的良好可优化性，从而使得该三环混合推力器具有广泛的应用空间；因此可以实现很宽范围的功率、推力、比冲范围覆盖和调节能力，满足多用途和宽使命；功率范围从最小千瓦到最大数百千瓦，比冲范围2000?6000秒；
[0013](2)本发明的三环混合离子推力器能够解决大尺寸栅极的制造、组装、抗力学、热稳定等系列难题，给同时实现高功率和高比冲创造了条件；
[0014](3)本发明的三环混合离子推力器由霍尔推力器和环形离子推力器混合组成，由于两种推力器都具有相对成熟的技术基础，能够降低研制的成本、周期、和风险。
【附图说明】
[0015]图1为是本发明的一种三环混合电推力器剖面结构示意图。
[0016]图2为是本发明中带有两个中和阴极的三环混合电推力器示意图。
[0017]其中，1-第一离子组件栅极、2-第二离子组件II栅极、3-中和器阴极、4-离子组件1、5_离子组件I主阴极、6-离子组件I1、7-离子组件II主阴极、8-永久磁体、9-霍尔组件阳极、10-霍尔组件、11-安装基座、12-第二中和器阴极、13-第三中和器阴极。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
[0019]—种三环混合电推力器，安装基座11上从内到外依次加工有三个同轴的环形空腔结构，分别定义为第一、第二和第三环形腔结构；
[0020]第一环形腔结构的顶端中部位置固定安装中和器阴极3，环形空腔底部对称布置两个霍尔组件阳极9，由此形成霍尔组件10 ;第二环形腔结构的空腔底部中心对称布置两个第一离子组件主阴极5，该环形空腔的周向布置永久磁铁8，环形空腔的开口上方布置第一离子组件栅极1，由此形成第一离子组件4 ;所述第三环形腔结构的空腔底部中心对称布置两个第二离子组件主阴极7，该环形空腔的周向布置永久磁铁8，环形空腔的开口上方布置第二离子组件栅极2，由此形成第二离子组件6。
[0021]中和器阴极镶嵌在所述第一环形腔结构的顶端，中和器阴极3可沿第一环形腔结构的中心轴线上、下移动，其移动行程为2cm以内。
[0022]霍尔组件10、第一离子组件4和第二离子组件6作为三个推力器可单独工作或组合工作，假定每个推力器只有一种工作模式，三环混合电推力器可以实现七种工作模式，分别是第一离子组件4单独工作，第二离子组件6单独工作，霍尔组件10单独工作，第一离子组件4和第二离子组件6联合工作、第一离子组件4和Hall组件联合工作、第二离子组件6和霍尔组件10联合工作以及三个电推力器联合工作。根据不同的空间推进需求采用相应的工作模式。从而使得该三环混合电推力器具有广泛的应用空间。
[0023]如图2所示，本发明的三环混合离子推力器功率将达到30kW，其中霍尔组件10的直径为15cm，其功率为5kW，中间第一离子组件4的外径为30cm，其功率为10kW，外环第二离子组件6的外径为45cm，功率为15kW。
[0024]中和器阴极3的作用主要包括两反面:一是防止在束流中建立高电势，使离子的运动反转，从而使推力消失；二是保持维持飞船的电中性。对于三环混合推力器，中和器阴极3的布局既要考虑到结构的简单，也要考虑中和的效果。因此30kW混合推力器的中和器布局方案为，在推力器的轴线上布局一个中和器阴极3，该中和器阴极3用于中和内环霍尔组件10的束流和中间环第一离子组件4的束流，由于外环第二离子组件6的直径达到45cm,中和器阴极3难以有效中和其束流，因此在外环第二离子组件6的外侧对称布局两个中和器阴极，分别为圆柱状的第二中和器阴极12和第三中和器阴极13，两者沿与第二离子组件6的圆柱外形的母线平行的方向对称布置在其外侧，这两个中和器阴极用于中和第二离子组件6的束流。
[0025]综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，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。
【主权项】
1.一种三环混合电推力器，其特征在于，安装基座(11)上从内到外依次加工有三个同轴的环形空腔结构，分别定义为第一、第二和第三环形腔结构； 所述第一环形腔结构的顶端中部位置固定安装中和器阴极(3)，环形空腔底部对称布置两个霍尔组件阳极(9)，由此形成霍尔组件(10); 所述第二环形腔结构的空腔底部中心对称布置两个第一离子组件主阴极(5)，该环形空腔的周向布置永久磁铁(8)，环形空腔的开口上方布置第一离子组件栅极(I)，由此形成第一离子组件(4); 所述第三环形腔结构的空腔底部中心对称布置两个第二离子组件主阴极(7)，该环形空腔的周向布置永久磁铁(8)，环形空腔的开口上方布置第二离子组件栅极(2)，由此形成第二离子组件(6)。2.如权利要求1所述的一种三环混合电推力器，其特征在于，当所述霍尔组件(10)的环形放电室的内径为15cm、功率为5kW，第一离子组件(4)的环形放电室的外径为30cm、功率为1kW且第二离子组件(6)的环形放电室的外径为45cm、功率为1kW时，所述混合离子推力器还包括均为圆柱状的第二中和器阴极(12)和第三中和器阴极(13)，两者沿与第二离子组件(6)的圆柱外形的母线平行的方向对称布置在其外侧。3.如权利要求1所述的一种三环混合电推力器，其特征在于，所述中和器阴极(3)镶嵌在所述第一环形腔结构的顶端，中和器阴极可沿第一环形腔结构的中心轴线上、下移动，其移动行程为2cm以内。
【专利摘要】本发明公开了一种新型三环混合电推力器，通过三个推力器的混合使用，可实现最多七种工作模式，根据不同的空间推进需求采用相应的工作模式，一方面具有很好的性能范围扩展性，另一方面具有结合具体使命的良好可优化性，从而使得该三环混合推力器具有广泛的应用空间；因此可以实现很宽范围的功率、推力、比冲范围覆盖和调节能力，满足多用途和宽使命；功率范围从最小千瓦到最大数百千瓦，比冲范围2000～6000秒；(2)本发明的三环混合离子推力器能够解决大尺寸栅极的制造、组装、抗力学、热稳定等系列难题，给同时实现高功率和高比冲创造了条件。
【IPC分类】F03H1/00
【公开号】CN105156290
【申请号】CN201510408939
【发明人】吴先明, 张天平, 龙建飞, 孙明明, 杨福全, 陈娟娟, 孙小菁
【申请人】兰州空间技术物理研究所
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年7月13日