冷却系统和恒温式E×B探针的制作方法

本发明涉及电推力器技术领域，尤其是涉及一种冷却系统和恒温式e×b探针。

背景技术：

离子推力器、霍尔推力器等电推力器因其比冲高、寿命长和系统质量较小等优点而广泛应用于航天器的姿态和轨道控制。准确获取电推力器真空羽流参数对于评估电推力器和航天器性能是至关重要的。

电推力器真空羽流是等离子体，主要包含一价氙离子、二价氙离子、电子和中性气体分子等，其中一价氙离子和二价氙离子的数密度之比是评估电推力寿命及其羽流效应的重要指标。e×b探针是测量一价离子和二价离子数密度之比简易、有效方式之一。

e×b探针电压强度、磁感应强度和电荷数的设计原理遵循下式：

式中:up表示探针两电极板间电压差，d表示两电极板间距，b为磁感应强度，e为电子电量，qi为离子所带的电荷数；用ui表示加速电压，mi表示离子质量。

理论上，在测量过程中，e×b探针电压强度和电荷数是变量，磁感应强度是定量。

但是，在实际的测量过程中，e×b探针完全浸入羽流中，要承受很高的温度。然而，高温会使得e×b探针的磁铁磁感应强度下降，使得磁感应强度也成为变量，无法正常达到设计要求。再者，随着推力器性能的提升，电推力器功率更大，高温问题也更加突出。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种冷却系统和恒温式e×b探针，以解决现有技术中存在的技术问题。

本发明提供的冷却系统，包括冷却管路和冷却剂；

所述冷却剂从所述冷却管路的一端进入，从所述冷却管路的另一端排出，用于实现对探针本体的冷却；

所述冷却管路上设置有至少一个折弯回路，用于增加所述冷却剂在所述冷却管路中的时间。

进一步的，所述冷却剂为气体。

进一步的，冷却系统还包括高压储气瓶；

所述高压储气瓶与所述冷却管路的一端连通；

所述冷却剂设置在所述高压储气瓶内，能够通过所述高压储气瓶将所述冷却剂推送到所述冷却管路中，对所述探针本体进行冷却。

进一步的，所述高压储气瓶与所述冷却管路之间设置有控制阀。

进一步的，所述冷却剂为液体。

进一步的，冷却系统还包括储液槽和输送泵；

所述输送泵的进液端与所述储液槽连接，输出端与所述冷却管路的一端连通，能够将所述储液槽内的液体输送到所述冷却管路中。

进一步的，冷却系统还包括外置式冷却槽；

所述冷却管路的另一端连接所述外置式冷却槽，能够将在所述冷却管路中进行过热交换后的液体排放置所述外置式冷却槽内。

进一步的，所述外置式冷却槽与所述储液槽连通，能够将冷却后的液体通过所述储液槽进行循环利用。

本发明还提供了一种恒温式e×b探针，其包括探针本体和上述的冷却系统；

所述冷却系统固定设置在所述探针本体上，用于给所述探针本体降温，使之保持恒温。

进一步的，所述探针本体包括准直管、中心架、壳体、永磁铁、电极板和漂移管；

所述永磁铁设置在所述中心架的上下两侧；

所述电极板设置在所述永磁铁与所述中心架之间；

所述壳体固定设置在所述中心架上，且所述永磁铁和所述电极板设置在所述壳体内；

所述准直管和所述漂移管分别设置在所述中心架的两端。

本发明提供的冷却系统和恒温式e×b探针，通过在e×b探针上设置冷却系统，使得冷却系统的冷却管路缠绕设置在e×b探针上，给e×b探针进行降温，进而抵消了e×b探针在工作时升高的温度，保证了e×b探针的恒温，进而保证了e×b探针的磁铁磁感应强度的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的恒温式e×b探针的主视图；

图2为图1所示的恒温式e×b探针的俯视图；

图3为图1所示的恒温式e×b探针的左视图；

图4为本发明另一实施例提供的恒温式e×b探针的结构示意图；

图5为本发明又一实施例提供的恒温式e×b探针的立体结构示意图。

附图标记：

1：探针本体；

101：准直管a段；102：准直管b段；103：中心架；104：前碳钢板；105：侧碳钢板；106：绝缘固定座；107：后碳钢板；108：准直管入口段；109：漂移管与套筒；110：绝缘套；111：法拉第筒；112：法拉第筒接线柱；113：套筒盖；114：电极板；115：电极板接线柱；116：铁圈；117：永磁铁；

2：冷却系统；

201：面板；202：冷却剂通道；203：连接管路；204：球型密封接头。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如附图1-5所示，本发明提供了一种冷却系统，包括冷却管路和冷却剂；

所述冷却剂从所述冷却管路的一端进入，从所述冷却管路的另一端排出，用于实现对探针本体1的冷却；

所述冷却管路上设置有至少一个折弯回路，用于增加所述冷却剂在所述冷却管路中的时间。

在本实施例中，冷却管路上设置有如图5所示的多个折弯回路，其通过折弯回路的反复往复折弯，能够提高冷却管路对e×b探针的冷却时间，进而保证了冷却效率。

在本实施例中，冷却管路的折弯回路为直角折弯的u型，且左右对称设置。

需要指出的是，冷却固定的折弯回路的形状不仅仅局限于本实施例中的形状，其还可以是其他的形状，如还可以是v型、c型等，其也不局限于左右对称设置，也就是说，其只要能够通过多个折弯回路，增加冷却管路的长度，进而增加冷却剂在冷却管路中的通过时间，进一步增加冷却管路对e×b探针的冷却时间即可。

还需要指出的是，在本实施例中，冷却管路为一层设置，但其不仅仅局限于一层设置，其还可以是设置为多层，即可以通过冷却管路将整个e×b探针进行包覆，进而最大程度的增加冷却系统2的冷却效率。

优选的实施方式为，所述冷却剂为气体。

在本实施例中，冷却剂使用气体，也就是说

气冷系统的成本相对较低，其可以利用常温中的空气给升温后的e×b探针进行降温，且换热后的空气直接排放到空中即可，既不会影响到周围的环境，也不会对资源造成任何的浪费。

优选的实施方式为，冷却系统2还包括高压储气瓶；

所述高压储气瓶与所述冷却管路的一端连通；

所述冷却剂设置在所述高压储气瓶内，能够通过所述高压储气瓶将所述冷却剂推送到所述冷却管路中，对所述探针本体1进行冷却。

在本实施例中，冷却系统2还使用了高压储气瓶，利用高压储气瓶将冷空气吹入到冷却管路中，对e×b探针进行冷却。同时，利用高压储气瓶还能够给冷却系统2的气循环提供动力，以保证气体能够正常穿过冷却管路，实现对e×b探针的冷却。

优选的实施方式为，所述高压储气瓶与所述冷却管路之间设置有控制阀。

在本实施例中，高压储气瓶和冷却管路之间设置了控制阀，且控制阀为流量阀，能够通过控制阀对气体流量的调节，实现对冷却系统2的冷却温度进行控制，避免过度冷却造成e×b探针的温度变低，影响了e×b探针的正常使用。

优选的实施方式为，所述冷却剂为液体。

在本实施例中，冷却剂为液体。液体的冷却剂，其冷却效率更高，冷却速度快，能够保证e×b探针的恒温。

需要指出的是，在本实施例中，冷却剂为水，其也不仅仅局限于水一种液体冷却剂，其还可以是气体的液体冷却剂，如还可以是乙醇等，也就是说，其只要是液体的冷却剂即可。

优选的实施方式为，冷却系统2还包括储液槽和输送泵；

所述输送泵的进液端与所述储液槽连接，输出端与所述冷却管路的一端连通，能够将所述储液槽内的液体输送到所述冷却管路中。

在本实施例中，冷却系统2上还设置有储液槽和输送泵，通过储液槽先将冷水储存，通过输送泵将冷水输送到冷却管路中，进而实现对e×b探针的冷却。

在本实施例中，冷水的存储使用的是储液槽，但其不仅仅局限于储液槽，其还可以是储液箱等，也就是说，其只要能够通过容器对冷水进行预先存储即可。

优选的实施方式为，冷却系统2还包括外置式冷却槽；

所述冷却管路的另一端连接所述外置式冷却槽，能够将在所述冷却管路中进行过热交换后的液体排放置所述外置式冷却槽内。

在本实施例中，冷水通过冷却管路时，与e×b探针进行热交换后，变为高温的热水，其通过冷却管路排向外置式冷却槽中，进而对热交换后的水进行收集，避免其到处流动而影响到环境。

优选的实施方式为，所述外置式冷却槽与所述储液槽连通，能够将冷却后的液体通过所述储液槽进行循环利用。

在本实施例中，将外置式冷却槽与储液槽进行连通，使得外置式冷却槽将换热后的水降温后，进入到储液槽内，进行重复利用，避免了资源的浪费。

本发明还提供了一种恒温式e×b探针，其包括探针本体1和上述的冷却系统2；

所述冷却系统2固定设置在所述探针本体1上，用于给所述探针本体1降温，使之保持恒温。

在本实施例中，冷却系统2的冷却管路围绕探针本体1设置一周，进而对探针本体1进行降温。

在本实施例中，冷却系统2的降温速度可以根据探针本体1的升温速度进行调整，以使得升温速度与降温速度持平，进而保证了探针本体1的恒温，保证了磁感应强度的稳定性。

需要指出的是，在本实施例中，冷却管路围绕探针本体1设置一周，其也可以是设置为多周，其只要能够通过冷却管家实现对探针本体1的降温即可。

优选的实施方式为，所述探针本体1包括准直管、中心架103、壳体、永磁铁117、电极板114和漂移管；

所述永磁铁117设置在所述中心架103的上下两侧；

所述电极板114设置在所述永磁铁117与所述中心架103之间；

所述壳体固定设置在所述中心架103上，且所述永磁铁117和所述电极板114设置在所述壳体内；

所述准直管和所述漂移管分别设置在所述中心架103的两端。

在本发明中，可以看出，恒温式e×b探针应用于电推力器羽流一价/二价氙离子数密度比测量试验，本发明通过给e×b探针添加冷却系统2实现探针本体1温度恒定。

恒温式e×b探针主要包括e×b探针本体1和冷却系统2。

其中，所述e×b探针本体包括准直管a段101、准直管b段102、中心架103、前碳钢板104、侧碳钢板105、绝缘固定座106、后碳钢板107、准直管入口段108、漂移管与套筒109、绝缘套110、法拉第筒111、法拉第筒接线柱112、套筒盖113、电极板114、电极板接线柱115、铁圈116和永磁铁117。

以中心架103为主要结构，两块钕铁硼永磁铁117异性磁极相对，分别放置于中心架103上下表面，电极板114使用聚四氟乙烯材质的绝缘固定座106固定于中心架103内部，左右布置。探针使用六块碳钢壳体进行封装，分别为前碳钢板104、侧碳钢板105、后碳钢板107。

中心架103两端中心开有同轴度很高的通孔。不锈钢准直管a段101、准直管b段102分别通过轴孔配合固定于中心架103两端中心。准直管分为a段101和b段102，采用紧配合套接，并用法兰盘固定于中心架103上。漂移管分为准直管入口段108和漂移管与套筒109，与准直管a段101、准直管b段102结构类似，同样采用紧配合，用法兰盘固定于中心架103上。漂移管主体109与收集器保护套筒109整体加工成型。准直管出口与漂移管入口深入磁场中。探针收集器使用铝制法拉第筒111进行信号收集，法拉第筒111外套有聚四氟乙烯材质的绝缘套110，在法拉第筒111底部连有法拉第筒接线柱112，用于连接信号线。

所示电极板114采用两块铝制平板电极组成，电极板相对平面表面光滑，反面设置有接线柱安装螺纹孔和电极板固定螺纹孔，两端使用聚四氟乙烯材质的绝缘固定座106固定，形成平行结构。利用电极板接线柱115连接供电线。

所述冷却系统2主体结构通过两块面板201焊接而成，面板201表面加工深槽形成冷却剂通道202，连接管路203尾端螺纹上缠绕防水密封胶带固定于面板201上，再将球型密封接头204焊接于连接管路203上。在冷却系统2的面板表面涂抹硅胶并通过螺栓固定于e×b探针上，并和前碳钢板104通过硅胶紧密贴合。最后，再将碳毡贴合于冷却系统2的另一个表面。

所述冷却循环系统可以采用气体冷却或者液体冷却方式，针对气体冷却可采取高压储气瓶-开关-冷却系统形成一个大气的开式系统；针对液体冷却采用水槽-泵-冷却系统2-外置冷却槽-水槽的闭式循环系统。

一种恒温式e×b探针的工作方法为：

1、开启冷却循环系统；

2、电推力器启动喷射等离子体，形成羽流；

3、扫描电源提供扫描电压，在电极板114间形成均匀分布的电场，与在垂直方向上分布的永磁铁117形成均匀正交的电磁场。

4、羽流等离子体通过准直管a段101、准直管b段102进入探针，具有特定速度的离子在均匀电磁场作用下进入准直管入口段108、漂移管，最后达到法拉第筒111中；

5、法拉第筒111表面采集经过电磁场筛选的羽流离子，形成离子电流，并使用皮安表测量此离子电流；

6、通过扫描电压和离子电流可获得v-i曲线，通过计算可得对应的一价离子和二价离子的数密度之比。

本发明提供的冷却系统和恒温式e×b探针，通过在e×b探针上设置冷却系统2，使得冷却系统2的冷却管路缠绕设置在e×b探针上，给e×b探针进行降温，进而抵消了e×b探针在工作时升高的温度，保证了e×b探针的恒温，进而保证了e×b探针的磁铁磁感应强度的稳定性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。