一种采用固体工质的大范围可调等离子体微推力器的制作方法

本发明属于推力器领域，涉及会切场等离子推力器的工质存储技术。

背景技术：

会切场等离子体推力器是国际上出现的一种新型电推进装置，与电推进中主流的霍尔推力器和离子推力器相比，具有结构简单紧凑，推力密度比高，推力大范围连续可调，壁面损耗低，寿命长等优势，在新型航天任务中具有广阔的前景。其工作原理是，会切场等离子体推力器的独特磁铁布置在通道内形成了会切磁场，电子由阴极发射进入通道内，被磁力线捕获，在会切磁场中由于磁镜效应在通道内沿磁力线做往复运动，并与进入通道内工质的中性粒子碰撞电离，产生的离子由轴向电场加速后从通道中喷出形成推力。

目前国际上的会切场等离子体推力器主要由中性气体如氙气，氪气为工质，其价格昂贵，并且需要单独的气体贮供单元进行超高压的存储，来为推力器进行工质供给，大大增加了整个推进系统的重量，成本以及复杂性，降低了整体的可靠性。在新一代高精度需求的航天任务中，需要结构更加紧凑，小巧的推进系统。同时，会切场推力器的阳极由于电子轰击而普遍存在发热问题，由于热损失造成了电能的浪费，降低了整体推进系统的电能利用率。

技术实现要素：

本发明目的是为了解决现有会切场推力器贮供系统体积大，复杂度高和阳极发热造成电能浪费的问题，提供了一种采用固体工质的大范围可调等离子体微推力器。

本发明所述一种采用固体工质的大范围可调等离子体微推力器，在陶瓷通道底部设置有贮供复合阳极，所述贮供复合阳极包括阳极、加热丝和导线，阳极的内腔中设置有导热棒并固接在阳极的顶端盖内壁上，阳极的顶端盖上设置有n个出气孔并与内腔连通，n≥8；阳极的内腔中存储固体工质；

阳极的底板下方设置有加热腔，加热腔内设置有加热丝；

加热腔的底板固接两根引出管；

加热丝通过从引出管中穿过的导线与外界电源实现电连接；

加热丝对阳极进行加热，热量通过导热棒传递给固体工质，固体工质加热汽化后从出气孔进入陶瓷通道中。

优选地，出气孔的分布方式为沿阳极的顶端盖中心周向分布。

优选地，导热棒的底端与阳极的底板之间存在空隙。

优选地，固体工质的材料为碘固体。

优选地，阳极采用不锈钢1cr18ni9ti或303不锈钢。

优选地，引出管为绝缘塑料套管。

本发明的有益效果：本发明通过将阳极作为固体工质的贮仓，利用推力器运行时阳极产生的热量来使固体工质汽化，并进入通道电离运行的方案来解决现有技术存在的缺陷。

采用特殊的贮供阳极结构，将固体工质直接储存在阳极内部，并用钨丝代替通常的供气型阴极，省去了推进系统中的气体供给系统，大大减少了系统重量和复杂度，使推进系统更加简单紧凑，增加了系统的可靠性。同时，在维持了原会切场推力器基本结构不变的前提下，充分利用了推力器运行过程中阳极产生的热量，减少了实用加热装置进行固体工质加热需要的电能，避免了电能的浪费。

附图说明

图1是本发明所述采用固体工质的大范围可调等离子体微推力器的立体结构示意图；

图2是图1的纵剖图；

图3是贮供复合阳极的结构示意图；

图4是推力器阳极附近磁场位型及热量传导示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

本发明是通过将阳极作为固体工质的贮仓，利用推力器运行时阳极产生的热量来使固体工质汽化，并进入通道电离运行的方案。

实施例：

本发明所述固体工质等离子体推力器结构包括钨丝阴极1、会切场推力器基本结构(包括出口陶瓷2、外壳3、环形磁铁4、通道陶瓷5、磁尖端垫片6等)、贮供复合阳极(包括阳极7、固体工质8、加热丝9和导线10等)。其中加热装置为简图，只示意出安装位置和其结构中的加热丝9和导线10。加热丝9所在加热腔7-3不与阳极7的内腔导通。

钨丝阴极1设置在通道陶瓷5的出口处，贮供复合阳极的底部，环形磁铁4为三级结构，相邻两级之间设置有磁尖端垫片6。

贮供复合阳极结构中，阳极7顶端有n个出气孔7-1，出气孔的分布方式为沿中心周向分布，n≥8。阳极7中心有导热棒7-2。阳极7的底板下方设置有加热腔7-3，加热腔7-3与阳极7的内腔不连通，加热腔7-3内设置有加热丝9。

钨丝阴极1安装在航天器上推力器出口附近。推力器各部件通过安装孔11等，用螺栓相互固定连接或者通过结构配合来定位安装。阳极7顶端与磁铁4第三级底端平齐。

图3所示的是贮供复合阳极的结构，阳极7顶端具有沿中心周向均匀分布的出气孔7-1，内部有导热棒7-2伸入到固体工质内部以优化阳极对工质的热量传递。固体工质8加热汽化后由出气孔7-1进入通道内。

由于该推力器特殊的磁场位型，电子沿磁力线运动时，会集中在通道5中轴线附近，沿磁力线沉积在阳极7中心处，使阳极7的中心区域产生较强的发热现象。在阳极7中心处产生的热量经由导热棒7-2传递至工质8，如图4所示。

该推力器点火时通过阳极7底部的加热丝8先对固体工质8进行加热汽化，推力器正常运行后，阳极7本身发热足够时，可关闭或减小加热丝9的电功率，利用阳极本身产生的热量来加热汽化固体工质8，维持推力器的正常运行。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

技术特征：

技术总结
一种采用固体工质的大范围可调等离子体微推力器，属于推力器领域，本发明为解决现有会切场推力器贮供系统体积大，复杂度高和阳极发热造成电能浪费的问题。本发明在陶瓷通道底部设置有贮供复合阳极，所述贮供复合阳极包括阳极、加热丝和导线，阳极的内腔中设置有导热棒并固接在阳极的顶端盖内壁上，阳极的顶端盖上设置有n个出气孔并与内腔连通，n≥8；阳极的内腔中存储固体工质；阳极的底板下方设置有加热腔，加热腔内设置有加热丝；加热腔的底板固接两根引出管；加热丝通过从引出管中穿过的导线与外界电源实现电连接；加热丝对阳极进行加热，热量通过导热棒传递给固体工质，固体工质加热汽化后从出气孔进入陶瓷通道中。

技术研发人员：刘辉;曾明;蒋文嘉;胡鹏
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：2017.09.13
技术公布日：2017.11.24