一种考夫曼离子推力器的负载特性模拟装置及模拟方法
【专利摘要】本发明公开了一种考夫曼离子推力器的负载特性模拟装置及模拟方法，能够对考夫曼离子推力器的负载特性进行模拟，通过采用电阻与开关巧妙组合，实现考夫曼离子推力器复杂的负载组成，简化了负载模型，降低了成本；一种考夫曼离子推力器的负载特性模拟方法，提出了推力器静态与动态负载特性模拟方法，包括：正常工作模式下的中和器点火、阴极点火、放电室起弧和束流引出模型，以及故障模式下的栅极间短路、中和器熄灭、放电室熄灭模型；解决了用模拟器进行替代测试的真实性、正确性、覆盖性的问题。
【专利说明】一种考夫曼离子推力器的负载特性模拟装置及模拟方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及考夫曼离子电推进【技术领域】，尤其涉及一种考夫曼离子推力器的负载 特性模拟装置及模拟方法。
【背景技术】
[0002] 考夫曼离子电推进系统是应用于航天器上的一种高比冲、长寿命、高效率的空间 推进系统。在航天器上应用离子电推进能大幅减少推进剂的携带量，显著提高有效载荷比， 延长航天器寿命。国外在进行离子电推进系统研制中均采用了推力器负载模拟器进行单机 之间，或分系统、整星级的电性能测试，如应用于G0CE卫星的英国T5电推进系统、美国DS-1 的NSTAR电推进系统、ARTEMIS卫星的RIT-10射频电推进系统，欧洲SPACEBUS3000平台的 SPT-100霍尔电推进系统，美国DAWN探测器的NSTAR电推进系统，美国Boeing702平台的 XIPS-25电推进系统等。国外已开展的模拟离子推力器复杂工作特性研究的工作中，建立了 较为复杂的推力器负载模型，工程实现及使用都较为困难。因此，有必要研制结构和原理简 单的离子推力器负载模型，降低研发成本，简化模拟器的使用流程。
【发明内容】
[0003] 有鉴于此，本发明提供了一种考夫曼离子推力器的负载特性模拟装置及模拟方 法，能够对考夫曼离子推力器的负载特性进行模拟，通过采用电阻与开关巧妙组合，实现考 夫曼离子推力器复杂的负载组成，简化了负载模型，降低了研制成本。
[0004] 为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：
[0005] 本发明的一种考夫曼离子推力器的负载特性模拟装置，包括主阴极加热电源负载 模块、主阴极触持电源负载模块、阳极电源负载模块、屏栅电源负载模块、加速电源负载模 块、中和器加热电源模块和中和器触持电源负载模块：
[0006] 所述主阴极加热电源负载模块包括霍尔传感器H1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻 RV1、开关K1以及开关K2 ;所述考夫曼离子推力器的主阴极加热电源的输出端串联霍尔传 感器H1和电阻RV1后接主阴极加热电源回线；电阻R1并联在电阻RV1两端；开关K1和电 阻R2串联后并联在电阻R1两端；所述开关K2与电阻R3串联后并联在电阻R2两端；电阻 R1、R2、R3 和RV1 的阻值依次为 1. 7Q、12. 8Q、0? 93Q和 13. 8KQ;
[0007] 所述主阴极触持电源负载模块包括霍尔传感器H2、电阻R7、电阻RV2和开关K5 ; 所述考夫曼离子推力器的主阴极触持电源的输出端依次串联霍尔传感器H2和电阻RV2后 接主阴极触持电源的回线；所述开关K5和电阻R7串联后并联在电阻RV2的两端；所述电阻 R7和电阻RV2的阻值分别26. 7Q和86. 7KQ;
[0008] 所述阳极电源负载模块包括霍尔传感器H3、电阻RV4、电阻R10、电阻Rlla、电阻 Rllb、开关K8、开关K9a和开关K9b，所述考夫曼离子推力器的阳极电源的输出端依次串联 霍尔传感器H3和电阻RV4后接阳极电源回线；所述开关K8串联电阻R10后并联在电阻RV4 两端；所述开关K9a串联电阻Rlla后并联在电阻R10两端；所述开关K9b串联电阻Rllb 后并联在电阻Rlla两端；所述电阻RV4、电阻R10、电阻Rlla和电阻Rllb的阻值分别为： 79. 7KQ、13. 6Q、22Q和 50. 4Q;
[0009] 所述主阴极加热电源回线、阳极电源回线和主阴极触持电源回线并联；
[0010] 所述屏栅电源负载模块包括霍尔传感器H4、电阻RV5、电阻R12和电阻R13、开 关K10和开关K11 ;所述考夫曼离子推力器的屏栅电源的输出端与所述阳极电源输出端并 联；所述屏栅电源的输出端依次串联霍尔传感器H4和电阻RV5后接屏栅电源回线；所述 电阻R12和开关K10串联后并联在电阻RV5两端；所述电阻R13和开关K11串联后并联在 电阻R12和开关K10串联电路的两端；所述电阻RV5、电阻R12和电阻R13的阻值分别为： 1204. 7KQ、1250Q和 833. 3Q;
[0011] 所述加速电源负载模块包括霍尔传感器H5、霍尔传感器H6、电阻RV6、电阻R14、 电阻R14'、电阻R15、开关K12、开关K13和开关K14 ;所述考夫曼离子推力器的加速电源的 输出负端依次串联霍尔传感器H5和电阻RV6后接加速电源正端回线；所述电阻R14、电阻 R14'、霍尔传感器H6和开关K12依次串联后并联在电阻RV6两端；开关K13 -端接在电阻 R14和电阻R14'之间，另一端接加速电源正端回线；所述电阻R15和开关K14串联后并联 在电阻RV6两端；所述电阻RV6、电阻R14、电阻R14'和电阻R15的阻值分别为204. 7KQ、 187. 5Q、12. 3KQ和 125Q;
[0012] 所述中和器加热电源模块包括霍尔传感器H7、电阻RV7、电阻R4、电阻R5、电阻R6、 开关K3和开关K4 ;所述考夫曼离子推力器的中和器加热电源的输出端依次串联霍尔传感 器H7和电阻RV7后接中和器加热电源回线；所述电阻R4并联在电阻RV7两端；所述开关K3 和电阻R5串联后并联在电阻R4两端；所述开关K4和电阻R6串联后并联在电阻R5两端；所 述电阻RV7、电阻R4、电阻R5和电阻R6的阻值分别为：13. 8KQ、1.7Q、12. 8Q和0. 93Q;
[0013] 所述中和器触持电源负载模块包括霍尔传感器H8、电阻RV8、电阻R8、电阻R9、开 关K6和开关K7;所述考夫曼离子推力器的中和器触持电源的输出端依次串联霍尔传感器 H8和电阻RV8后接中和器触持电源回线；所述开关K6和电阻R8串联后并联在电阻RV8两 端；所述开关K7和电阻R9串联后并联在电阻R8两端；所述电阻RV8、电阻R8和电阻R9的 阻值分别为：86. 7KQ、200Q和14. 3Q;
[0014] 所述中和器触持电源回线、中和器加热电源回线、加速电源正端和屏栅电源回线 并联。
[0015] 进一步的，在所述主阴极加热电源负载模块中，所述电阻RV1上设置用于测试 主阴极加热电源输出电压的引出线，该引出线与所述主阴极加热电源回线之间的阻值为 4. 7KQ；
[0016] 在所述主阴极触持电源负载模块中，在所述电阻RV2上设置用于测试主阴极触持 电源输出电压的引出线，该引出线与所述主阴极触持电源回线之间的阻值为4. 7KQ;
[0017] 在所述阳极电源负载模块中，在所述电阻RV4上设置用于测试阳极电源输出电压 的引出线，该引出线与所述阳极电源回线之间的阻值为4. 7KQ;
[0018] 在所述屏栅电源负载模块中，在所述电阻RV5上设置用于测试屏栅电源输出电压 的引出线，该引出线与所述屏栅电源回线之间的阻值为4. 7KQ;
[0019] 在所述加速电源负载模块中，在所述电阻RV6上设置用于测试加速电源输出电压 的引出线，该引出线与所述加速电源回线之间的阻值为4. 7KQ;
[0020] 在所述中和器加热电源负载模块中，在所述电阻RV7上设置用于测试中和器加热 电源输出电压的引出线，该引出线与所述中和器加热电源回线之间的阻值为4. 7KQ;
[0021] 在所述中和器触持电源负载模块中，在所述电阻RV8上设置用于测试中和器触持 电源输出电压的引出线，该引出线与所述中和器触持电源回线之间的阻值为4. 7KQ。
[0022] 进一步的，本发明的一种考夫曼离子推力器的负载特性模拟装置，还包括主阴极 点火电源负载模块；所述主阴极点火电源负载模块包括电阻R17、电阻R17'和开关K16,所 述电阻R17、电阻R17'和开关K16串联后并联在考夫曼离子推力器的主阴极点火电源的输 出端和主阴极点火电源的回线之间；所述电阻R17和电阻R17'之间引出测试线，用于测试 主阴极点火电源的电压波形；
[0023] 所述主阴极点火电源的正端与主阴极触持电源正端并联，主阴极点火电源回线与 主阴极触持电源回线并联；所述主阴极点火电源单次脉冲的输出值为900V?1000V;其负 载为3kQ时，输出电压大于450V，且脉宽大于5us;所述电阻R17和电阻R17'的阻值分别 为 2. 7KQ和 300Q。
[0024] 进一步的，一种考夫曼离子推力器的负载特性模拟装置还包括中和器点火电源负 载模块；所述中和器点火电源负载模块包括电阻R18、电阻R18'和开关K17,所述电阻R18、 电阻R18'和开关K17串联后并联在考夫曼离子推力器的中和器点火电源的输出端和中和 器点火电源的回线之间；所述电阻R18和电阻R18'之间引出测试线，用于测试所述中和器 点火电源的电压波形；
[0025] 所述中和器点火电源的正端与所述中和器触持电源正端并联，所述中和器点火电 源回线与所述中和器触持电源回线并联。
[0026] 所述中和器点火电源单次脉冲的输出值为900V?1000V;要求其负载为3kQ时， 输出电压大于450V，且脉宽大于5us;所述电阻R18和电阻R18'的阻值分别为2. 7KQ和 300Q。
[0027] 进一步的，本发明的一种考夫曼离子推力器的负载特性模拟装置，还包括烧蚀负 载模块，包括霍尔传感器即、开关K15、电阻RV9与电阻R16;所述加速电源的输出负端依次 连接霍尔传感器即和开关K15的一端，电阻RV9与电阻R16并联后接在开关K15的另一端 与阳极电源回线之间，用以模拟对推力器屏栅极与加速极之间进行烧蚀处理时的负载；
[0028] 所述电阻RV9上设置用于测试烧蚀处理时的输出电压的引出线，该引出线与所述 加速电源回线之间的阻值为4. 7KQ。
[0029] 本发明的一种考夫曼离子推力器的负载特性模拟方法，包括如下步骤：
[0030] 步骤1、对考夫曼离子推力器加热阶段的模拟：
[0031] 模拟推力器正常工况时，首先将主阴极加热电源负载模块中的开关K1和中和器 加热电源负载模块中的开关K3均接通，使主阴极加热电源负载模块和中和器加热电源负 载模块的负载阻值均为1.5Q;然后开启所述主阴极加热电源和中和器加热电源，并设置 二者的输出电压为12V，输出电流为7. 5A，保持时间不超过8min;
[0032] 步骤2、对考夫曼离子推力器起弧阶段的模拟：
[0033] 将中和器触持负载模块中的开关K6、K7、K17断开，在中和器加热电源开启约3min 后，依次开启中和器触持电源、中和器点火电源，控制所述中和器点火电源每30s发出一个 点火脉冲，持续时间为3min;
[0034] 当中和器加热电源开启达到6min时，将开关K6和开关K7接通，当监测到霍尔传 感器H8显示的中和器触持电源输出电流超过其额定值一半时，认为中和器阴极点火成功， 随即关断中和器加热电源和中和器点火电源的输出；
[0035] 中和器阴极点火成功后，将主阴极触持负载模块中的开关K5和开关K16断开，将 阳极电源负载模块中的开关K8、开关K9a和开关K9b断开，然后依次开启阳极电源、主阴极 触持电源和主阴极点火电源，控制主阴极点火电源每30s发出一个点火脉冲，持续时间为 2min；
[0036] 当主阴极加热电源开启8min时,将开关K5、开关K8、开关K9a和开关K9b接通，当 监测到霍尔传感器H2显示的主阴极触持电源输出电流超过其额定值一半时，并且霍尔传 感器H3显示的阳极电源输出电流超过其额定值一半时，认为主阴极点火成功且放电室起 弧成功，随即关断主阴极加热电源和主阴极点火电源的输出；
[0037] 步骤3、对考夫曼离子推力器推进阶段的模拟：
[0038] 待放电室起弧成功后，将加速电源负载模块中的开关K12接通，将开关K13和开关 K14断开，将屏栅电源负载模块中的开关K10接通，将开关K11断开，然后同时开启屏栅电源 和加速电源，当监测到霍尔传感器H4显示的屏栅电源输出电流为0. 8A时，霍尔传感器H6 显示的加速电流为5mA时，模拟装置进入到离子推力器的推进模式。
[0039] 进一步的，在所述步骤3的推进阶段的模拟中：
[0040] 当模拟中和器突然熄灭故障时，将中和器触持电源负载模块中的开关K6接通，开 关K7断开，当监测到霍尔传感器H8显示的中和器触持电源输出电流低于0. 35A时，认为中 和器阴极熄灭，随即关断屏栅电源和加速电源的输出；
[0041] 当模拟主阴极突然熄灭故障时，将主阴极触持电源负载模块中的开关K5断开，将 阳极电源负载模块中的开关K8、开关K9a和开关K9b断开，当监测到霍尔传感器H2显示的 主阴极触持电源输出电流低于其额定值一半时，并且霍尔传感器H3显示的阳极电源输出 电流低于其额定值一半时，认为主阴极熄灭，随即关断屏栅电源、加速电源、阳极电源和主 阴极触持电源的输出；
[0042] 当模拟栅短路故障时，将屏栅电源负载模块中的开关K10接通，将开关K11接通， 同时将加速电源负载模块中的开关K13和开关K14接通，再将开关K12断开，当监测到霍 尔传感器H4显不的屏栅电流大于2. 0A时，霍尔传感器H5显不的加速电源输出电流大于 2. 0A，随即迅速关断屏栅电源和加速电源的输出。
[0043] 进一步的，本发明的一种考夫曼离子推力器的负载特性模拟方法，还包括模拟烧 蚀处理，具体的方法为：
[0044] 先将开关K5、开关K16、开关K6、开关K7、开关K17、开关K8、开关K9a、开关K9b、开 关K10、开关K11、开关K12、开关K13和开关K14全部断开，再将开关K15接通；然后将主阴 极加热电源输出正端切换到所述加速电源的引出线上；最后开启所述主阴极加热电源，模 拟烧蚀处理过程。
[0045] 进一步的，本发明的一种考夫曼离子推力器的负载特性模拟方法，还包括主阴极 点火电源脉冲波形测试方法，具体为：
[0046] 将主阴极触持电源负载模块中的开关K16接通，开关K5断开，然后启动主阴极点 火电源，输出脉冲，通过测试线采集主阴极点火电源的脉冲波形。
[0047] 进一步的，本发明的一种考夫曼离子推力器的负载特性模拟方法，还包括中和器 点火电源脉冲波形测试方法，具体为：将中和器触持负载模块中的开关K17接通，开关K6和 开关K7断开，然后启动中和器点火电源，输出脉冲，通过测试线采集中和器点火电源的脉 冲波形。
[0048] 本发明具有如下有益效果：
[0049] (1)本发明提供的一种考夫曼离子推力器的负载特性模拟装置，能够对考夫曼离 子推力器的负载特性进行模拟，通过采用电阻与开关巧妙组合，实现考夫曼离子推力器复 杂的负载组成，简化了负载模型，降低了成本。
[0050] (2)本发明提供的一种考夫曼离子推力器的负载特性模拟方法，提出了推力器静 态与动态负载特性模拟方法，包括：正常工作模式下的中和器点火、阴极点火、放电室起弧 和束流引出模型，以及故障模式下的栅极间短路、中和器熄灭、放电室熄灭模型；解决了用 模拟器进行替代测试的真实性、正确性、覆盖性的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0051] 图1为本发明的考夫曼离子推力器的负载特性模拟装置示意图。
[0052] 图2为本发明的考夫曼离子推力器的负载特性模拟方法中离子推力器加电时序 图。
【具体实施方式】
[0053] 下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
[0054] 本发明的一种考夫曼离子推力器的负载特性模拟装置，如图1所示，包括主阴极 加热电源负载模块、主阴极触持电源负载模块、阳极电源负载模块、屏栅电源负载模块、力口 速电源负载模块、中和器加热电源负载模块和中和器触持电源负载模块：
[0055] 主阴极加热电源负载模块包括霍尔传感器H1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻RV1、 开关K1以及开关K2 ;主阴极加热电源的输出端串联霍尔传感器H1和电阻RV1后接主阴极 加热电源回线；电阻R1并联在电阻RV1两端；开关K1和电阻R2串联后并联在电阻R1两端； 开关K2与电阻R3串联后并联在电阻R2两端；电阻R1、R2、R3和RV1的阻值依次为1.7Q、 12. 8Q、0? 93Q和 13. 8KQ。
[0056] 主阴极触持电源负载模块包括霍尔传感器H2、电阻R7、电阻RV2和开关K5 ;主阴 极触持电源的输出端依次串联霍尔传感器H2和电阻RV2后接主阴极触持电源的回线；开 关K5和电阻R7串联后并联在电阻RV2的两端；电阻R7和电阻RV2的阻值分别26. 7Q和 86. 7KQ。
[0057] 阳极电源负载模块包括霍尔传感器H3、电阻RV4、电阻R10、电阻Rlla、电阻Rllb、 开关K9a和开关K9b，阳极电源的输出端依次串联霍尔传感器H3和电阻RV4后接阳极电源 回线；开关K8串联电阻R10后并联在电阻RV4两端；开关K9a串联电阻Rlla后并联在电阻 R10两端；开关K9b串联电阻Rllb后并联在电阻Rlla两端；电阻RV4、电阻R10、电阻Rlla 和电阻Rllb的阻值分别为：79. 7KQ、13. 6Q、22Q和50. 4Q。
[0058] 主阴极加热电源回线、阳极电源回线和主阴极触持电源回线并联。
[0059] 屏栅电源负载模块包括霍尔传感器H4、电阻RV5、电阻R12和电阻R13、开关K10和 开关Kll;屏栅电源的输出端与阳极电源输出端并联；屏栅电源的输出端依次串联霍尔传 感器H4和电阻RV5后接屏栅电源回线；电阻R12和开关K10串联后并联在电阻RV5两端； 电阻R13和开关K11串联后并联在电阻R12和开关K10串联电路的两端；电阻RV5、电阻R12 和电阻R13的阻值分别为：1204. 7KQ、1250Q和833. 3Q。
[0060] 加速电源负载模块包括霍尔传感器H5、霍尔传感器H6、电阻RV6、电阻R14、电阻 R14'、电阻R15、开关K12、开关K13和开关K14 ;加速电源的输出负端依次串联霍尔传感器 H5和电阻RV6后接加速电源回线；电阻R14、电阻R14'、霍尔传感器H6和开关K12依次串 联后并联在电阻RV6两端；开关K13-端接在电阻R14和电阻R14'之间，另一端接加速电 源回线；电阻R15和开关K14串联后并联在电阻RV6两端；电阻RV6、电阻R14、电阻R14'和 电阻R15 的阻值分别为 204. 7KQ、187. 5Q、12. 3KQ和 125Q。
[0061] 中和器加热电源模块包括霍尔传感器H7、电阻RV7、电阻R4、电阻R5、电阻R6、开关 K3和开关K4 ;中和器加热电源的输出端依次串联霍尔传感器H7和电阻RV7后接中和器加 热电源回线；电阻R4并联在电阻RV7两端；开关K3和电阻R5串联后并联在电阻R4两端； 开关K4和电阻R6串联后并联在电阻R5两端；电阻RV7、电阻R4、电阻R5和电阻R6的阻值 分别为：13. 8KQ、1. 7Q、12. 8Q和 0? 93Q。
[0062] 中和器触持电源负载模块包括霍尔传感器H8、电阻RV8、电阻R8、电阻R9、开关K6 和开关K7 ;中和器触持电源的输出端依次串联霍尔传感器H8和电阻RV8后接中和器触持 电源回线；开关K6和电阻R8串联后并联在电阻RV8两端；开关K7和电阻R9串联后并联在 电阻R8两端；电阻RV8、电阻R8和电阻R9的阻值分别为：86. 7KQ、200Q和14. 3Q。
[0063] 中和器触持电源回线、中和器加热电源回线、加速电源正端和屏栅电源回线并联。 其中，以上各电源参数如下表所示：
[0064]
【权利要求】
1. 一种考夫曼离子推力器的负载特性模拟装置，其特征在于，包括主阴极加热电源负 载模块、主阴极触持电源负载模块、阳极电源负载模块、屏栅电源负载模块、加速电源负载 模块、中和器加热电源模块和中和器触持电源负载模块： 所述主阴极加热电源负载模块包括霍尔传感器H1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻RV1、 开关K1以及开关K2 ;所述考夫曼离子推力器的主阴极加热电源的输出端串联霍尔传感器 H1和电阻RV1后接主阴极加热电源回线；电阻R1并联在电阻RV1两端；开关K1和电阻R2 串联后并联在电阻R1两端；所述开关K2与电阻R3串联后并联在电阻R2两端；电阻R1、R2、 R3 和 RV1 的阻值依次为 1. 7 Q、12. 8 Q、0? 93 Q 和 13. 8K Q ; 所述主阴极触持电源负载模块包括霍尔传感器H2、电阻R7、电阻RV2和开关K5 ;所述 考夫曼离子推力器的主阴极触持电源的输出端依次串联霍尔传感器H2和电阻RV2后接主 阴极触持电源的回线；所述开关K5和电阻R7串联后并联在电阻RV2的两端；所述电阻R7 和电阻RV2的阻值分别26. 7 Q和86. 7K Q ; 所述阳极电源负载模块包括霍尔传感器H3、电阻RV4、电阻R10、电阻Rlla、电阻Rllb、 开关K8、开关K9a和开关K9b，所述考夫曼离子推力器的阳极电源的输出端依次串联霍尔传 感器H3和电阻RV4后接阳极电源回线；所述开关K8串联电阻R10后并联在电阻RV4两端； 所述开关K9a串联电阻Rlla后并联在电阻R10两端；所述开关K9b串联电阻Rllb后并联 在电阻R1 la两端；所述电阻RV4、电阻R10、电阻R1 la和电阻R1 lb的阻值分别为：79. 7K Q、 13. 6Q、22Q 和 50. 4Q ; 所述主阴极加热电源回线、阳极电源回线和主阴极触持电源回线并联； 所述屏栅电源负载模块包括霍尔传感器H4、电阻RV5、电阻R12和电阻R13、开关K10和 开关K11 ;所述考夫曼离子推力器的屏栅电源的输出端与所述阳极电源输出端并联；所述 屏栅电源的输出端依次串联霍尔传感器H4和电阻RV5后接屏栅电源回线；所述电阻R12和 开关K10串联后并联在电阻RV5两端；所述电阻R13和开关K11串联后并联在电阻R12和 开关K10串联电路的两端；所述电阻RV5、电阻R12和电阻R13的阻值分别为：1204. 7KQ、 1250Q 和 833. 3Q ; 所述加速电源负载模块包括霍尔传感器H5、霍尔传感器H6、电阻RV6、电阻R14、电阻 R14'、电阻R15、开关K12、开关K13和开关K14 ;所述考夫曼离子推力器的加速电源的输出 负端依次串联霍尔传感器H5和电阻RV6后接加速电源正端回线；所述电阻R14、电阻R14'、 霍尔传感器H6和开关K12依次串联后并联在电阻RV6两端；开关K13 -端接在电阻R14和 电阻R14'之间，另一端接加速电源正端回线；所述电阻R15和开关K14串联后并联在电阻 RV6两端；所述电阻RV6、电阻R14、电阻R14'和电阻R15的阻值分别为204. 7K Q、187. 5 Q、 12. 3KQ 和 125Q ; 所述中和器加热电源模块包括霍尔传感器H7、电阻RV7、电阻R4、电阻R5、电阻R6、开关 K3和开关K4;所述考夫曼离子推力器的中和器加热电源的输出端依次串联霍尔传感器H7 和电阻RV7后接中和器加热电源回线；所述电阻R4并联在电阻RV7两端；所述开关K3和电 阻R5串联后并联在电阻R4两端；所述开关K4和电阻R6串联后并联在电阻R5两端；所述 电阻RV7、电阻R4、电阻R5和电阻R6的阻值分别为：13. 8KQ、1.7Q、12. 8Q和0. 93Q ; 所述中和器触持电源负载模块包括霍尔传感器H8、电阻RV8、电阻R8、电阻R9、开关K6 和开关K7 ;所述考夫曼离子推力器的中和器触持电源的输出端依次串联霍尔传感器H8和 电阻RV8后接中和器触持电源回线；所述开关K6和电阻R8串联后并联在电阻RV8两端；所 述开关K7和电阻R9串联后并联在电阻R8两端；所述电阻RV8、电阻R8和电阻R9的阻值 分别为：86. 7K Q、200 Q 和 14. 3 Q ; 所述中和器触持电源回线、中和器加热电源回线、加速电源正端和屏栅电源回线并联。
2. 如权利要求1所述的一种考夫曼离子推力器的负载特性模拟装置，其特征在于： 在所述主阴极加热电源负载模块中，所述电阻RV1上设置用于测试主阴极加热电源输 出电压的引出线，该引出线与所述主阴极加热电源回线之间的阻值为4. 7KQ ; 在所述主阴极触持电源负载模块中，在所述电阻RV2上设置用于测试主阴极触持电源 输出电压的引出线，该引出线与所述主阴极触持电源回线之间的阻值为4. 7K Q ; 在所述阳极电源负载模块中，在所述电阻RV4上设置用于测试阳极电源输出电压的引 出线，该引出线与所述阳极电源回线之间的阻值为4. 7KQ ; 在所述屏栅电源负载模块中，在所述电阻RV5上设置用于测试屏栅电源输出电压的引 出线，该引出线与所述屏栅电源回线之间的阻值为4. 7KQ ; 在所述加速电源负载模块中，在所述电阻RV6上设置用于测试加速电源输出电压的引 出线，该引出线与所述加速电源回线之间的阻值为4. 7KQ ; 在所述中和器加热电源负载模块中，在所述电阻RV7上设置用于测试中和器加热电源 输出电压的引出线，该引出线与所述中和器加热电源回线之间的阻值为4. 7KQ ; 在所述中和器触持电源负载模块中，在所述电阻RV8上设置用于测试中和器触持电源 输出电压的引出线，该引出线与所述中和器触持电源回线之间的阻值为4. 7KQ。
3. 如权利要求1或2所述的一种考夫曼离子推力器的负载特性模拟装置，其特征在于， 还包括主阴极点火电源负载模块；所述主阴极点火电源负载模块包括电阻R17、电阻R17' 和开关K16,所述电阻R17、电阻R17'和开关K16串联后并联在考夫曼离子推力器的主阴极 点火电源的输出端和主阴极点火电源的回线之间；所述电阻R17和电阻R17'之间引出测试 线，用于测试主阴极点火电源的电压波形； 所述主阴极点火电源的正端与主阴极触持电源正端并联，主阴极点火电源回线与主 阴极触持电源回线并联；所述主阴极点火电源单次脉冲的输出值为900V?1000V ;其负载 为3kQ时，输出电压大于450V，且脉宽大于5us;所述电阻R17和电阻R17'的阻值分别为 2. 7KQ 和 300Q。
4. 如权利要求3所述的一种考夫曼离子推力器的负载特性模拟装置，其特征在于，还 包括中和器点火电源负载模块；所述中和器点火电源负载模块包括电阻R18、电阻R18'和 开关K17,所述电阻R18、电阻R18'和开关K17串联后并联在考夫曼离子推力器的中和器点 火电源的输出端和中和器点火电源的回线之间；所述电阻R18和电阻R18'之间引出测试 线，用于测试所述中和器点火电源的电压波形； 所述中和器点火电源的正端与所述中和器触持电源正端并联，所述中和器点火电源回 线与所述中和器触持电源回线并联。 所述中和器点火电源单次脉冲的输出值为900V?1000V ;要求其负载为3k Q时，输出 电压大于450V，且脉宽大于5us ;所述电阻R18和电阻R18'的阻值分别为2. 7KQ和300Q。
5. 如权利要求4所述的一种考夫曼离子推力器的负载特性模拟装置，其特征在于，还 包括烧蚀负载模块，包括霍尔传感器!19、开关K15、电阻RV9与电阻R16 ;所述加速电源的输 出负端依次连接霍尔传感器J19和开关K15的一端，电阻RV9与电阻R16并联后接在开关K15 的另一端与阳极电源回线之间，用以模拟对推力器屏栅极与加速极之间进行烧蚀处理时的 负载； 所述电阻RV9上设置用于测试烧蚀处理时的输出电压的引出线，该引出线与所述加速 电源回线之间的阻值为4. 7KQ。
6. -种基于权利要求1所述的模拟装置的考夫曼离子推力器的负载特性模拟方法，其 特征在于，包括如下步骤： 步骤1、对考夫曼离子推力器加热阶段的模拟： 模拟推力器正常工况时，首先将主阴极加热电源负载模块中的开关K1和中和器加热 电源负载模块中的开关K3均接通，使主阴极加热电源负载模块和中和器加热电源负载模 块的负载阻值均为1.5Q ;然后开启所述主阴极加热电源和中和器加热电源，并设置二者 的输出电压为12V，输出电流为7. 5A，保持时间不超过8min ; 步骤2、对考夫曼离子推力器起弧阶段的模拟： 将中和器触持负载模块中的开关K6、K7、K17断开，在中和器加热电源开启约3min后， 依次开启中和器触持电源、中和器点火电源，控制所述中和器点火电源每30s发出一个点 火脉冲，持续时间为3min ; 当中和器加热电源开启达到6min时，将开关K6和开关K7接通，当监测到霍尔传感器 H8显示的中和器触持电源输出电流超过其额定值一半时，认为中和器阴极点火成功，随即 关断中和器加热电源和中和器点火电源的输出； 中和器阴极点火成功后，将主阴极触持负载模块中的开关K5和开关K16断开，将阳极 电源负载模块中的开关K8、开关K9a和开关K9b断开，然后依次开启阳极电源、主阴极触持 电源和主阴极点火电源，控制主阴极点火电源每30s发出一个点火脉冲，持续时间为2min ; 当主阴极加热电源开启8min时，将开关K5、开关K8、开关K9a和开关K9b接通，当监测 到霍尔传感器H2显示的主阴极触持电源输出电流超过其额定值一半时，并且霍尔传感器 H3显示的阳极电源输出电流超过其额定值一半时，认为主阴极点火成功且放电室起弧成 功，随即关断主阴极加热电源和主阴极点火电源的输出； 步骤3、对考夫曼离子推力器推进阶段的模拟： 待放电室起弧成功后，将加速电源负载模块中的开关K12接通，将开关K13和开关K14 断开，将屏栅电源负载模块中的开关K10接通，将开关K11断开，然后同时开启屏栅电源和 加速电源，当监测到霍尔传感器H4显示的屏栅电源输出电流为0. 8A时，霍尔传感器H6显 示的加速电流为5mA时，模拟装置进入到离子推力器的推进模式。
7. 如权利要求6所述的一种考夫曼离子推力器的负载特性模拟方法，其特征在于，在 所述步骤3的推进阶段的模拟中： 当模拟中和器突然熄灭故障时，将中和器触持电源负载模块中的开关K6接通，开关K7 断开，当监测到霍尔传感器H8显示的中和器触持电源输出电流低于0. 35A时，认为中和器 阴极熄灭，随即关断屏栅电源和加速电源的输出； 当模拟主阴极突然熄灭故障时，将主阴极触持电源负载模块中的开关K5断开，将阳极 电源负载模块中的开关K8、开关K9a和开关K9b断开，当监测到霍尔传感器H2显示的主阴 极触持电源输出电流低于其额定值一半时，并且霍尔传感器H3显示的阳极电源输出电流 低于其额定值一半时，认为主阴极熄灭，随即关断屏栅电源、加速电源、阳极电源和主阴极 触持电源的输出； 当模拟栅短路故障时，将屏栅电源负载模块中的开关K10接通，将开关K11接通，同时 将加速电源负载模块中的开关K13和开关K14接通，再将开关K12断开，当监测到霍尔传感 器H4显不的屏栅电流大于2. 0A时，霍尔传感器H5显不的加速电源输出电流大于2. 0A，随 即迅速关断屏栅电源和加速电源的输出。
8. 如权利要求6所述的一种考夫曼离子推力器的负载特性模拟方法，其特征在于，还 包括模拟烧蚀处理，具体的方法为： 先将开关K5、开关K16、开关K6、开关K7、开关K17、开关K8、开关K9a、开关K9b、开关 K10、开关K11、开关K12、开关K13和开关K14全部断开，再将开关K15接通；然后将主阴极 加热电源输出正端切换到所述加速电源的引出线上；最后开启所述主阴极加热电源，模拟 烧蚀处理过程。
9. 如权利要求6所述的一种考夫曼离子推力器的负载特性模拟方法，其特征在于，还 包括主阴极点火电源脉冲波形测试方法，具体为： 将主阴极触持电源负载模块中的开关K16接通，开关K5断开，然后启动主阴极点火电 源，输出脉冲，通过测试线采集主阴极点火电源的脉冲波形。
10. 如权利要求6所述的一种考夫曼离子推力器的负载特性模拟方法，其特征在于，还 包括中和器点火电源脉冲波形测试方法，具体为：将中和器触持负载模块中的开关K17接 通，开关K6和开关K7断开，然后启动中和器点火电源，输出脉冲，通过测试线采集中和器点 火电源的脉冲波形。
【文档编号】G01R31/00GK104330661SQ201410572589
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月23日 优先权日:2014年10月23日
【发明者】梁凯, 赵登峰, 杨乐, 杨俊泰, 孙明明, 丁国宗, 张天平, 顾左, 赵成仁, 权昕, 曹鹏, 刘兴旺, 李尧, 王蒙, 成荣, 何非, 毛俊程, 何守续 申请人:兰州空间技术物理研究所