一种用于脉冲等离子体推力器测量的飞行探针制造技术

本发明专利技术公开了一种用于脉冲等离子体推力器羽流诊断的飞行探针，使用接触式测量方法对脉冲等离子体推力器喷出等离子体团进行测量。测量对象为脉冲等离子体推力器，测量脉冲等离子体推力器喷出等离子体团的速度。采用了螺母从钨收集器尾部的螺纹安装在钨收集器上，利用钨收集器与螺母之间产生轴向的拉紧力，轴向固定了整个飞行探针，采用螺钉从侧面压紧的方式径向固定了整个探针。前端准直筒和后端准直筒起到了屏蔽非轴向离子，确保钨收集器和钨收集环收集到的是方向性良好的轴向运动离子。钨收集器和钨收集环加载‑20V偏置电压排斥电子收集离子，通过二者采集到的离子电流波形的时间差和钨收集器和钨收集环之间的距离差计算等离子体的喷射速度。

A flight probe for pulsed plasma thruster measurements

The invention discloses a flight probe for the diagnosis of a pulsed plasma thruster plume, and uses a contact measurement method to measure the plasma group emitted by a pulsed plasma thruster. The pulsed plasma thruster is used to measure the velocity of a plasma jet ejected from a pulsed plasma thruster. The nut from the threaded tail mounted on the tungsten tungsten collector collector, the tension force generated between the collector and the axial tungsten nut, axial fixation of the whole flight probe, using screw from the side press the radial fixed the probe. The front collimator cylinder and the rear collimator cylinder act as shielding against non axial ions, ensuring that the tungsten collector and tungsten collecting ring are collected to be directional, axially moving ions. Tungsten and tungsten loading collector collector ring 20V bias voltage rejection electron collection ion, plasma jet velocity calculation between the ion current waveform through the two acquisition of the time difference and the tungsten tungsten collector and collecting ring distance difference.

【技术实现步骤摘要】
一种用于脉冲等离子体推力器测量的飞行探针
本专利技术属于电推进等离子体测量领域，涉及一种使用接触式测量方法对脉冲等离子体推力器束流等离子体进行测量的飞行探针。
技术介绍
电推进是一类利用电能直接加热推进剂或利用电磁作用电离加速推进剂以获得推进动力的先进推进方式，具有较高的比冲、推力和效率，在大型航天器的轨道控制、深空探测和星际航行等空间任务中有广阔的应用前景。脉冲等离子体推力器是第一种应用于航天器控制的电推力器，目前已被广泛应用于卫星以及深空探测器的姿轨控系统。对脉冲等离子体推力器的羽流等离子体进行相关参数的测量对于提高优化发动机设计、提高发动机性能具有重要意义。飞行探针是测量等离子体喷射速度的基本测试手段之一，属于接触式测量方法，拥有测量原理简单，引起误差因素少，可多测点同时进行测量等优点。由于脉冲等离子体推力器属于脉冲式工作，每个工作周期为12μs，采用多次脉冲的推力在太空中实现卫星调姿的任务。所以针对这种工作过程的推力器专门设计了测量离子喷射速度和离子数密度的飞行探针。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述问题，提出一种用于脉冲等离子体推力器测量的飞行探针，整体为圆柱形结构，采用了双收集面包括收集环和收集盘，置于脉冲等离子体推力器羽流中采集等离子体，安装于探针架上，与采样电阻和偏置电源数据采集仪形成回路，飞行探针测量脉冲等离子体推力器羽流的离子速度、离子数密度。本专利技术的一种用于脉冲等离子体推力器羽流测量的飞行探针，包括：陶瓷挡板、聚四氟外壳、钨收集环、聚四氟绝缘层、不锈钢内壳、螺钉、钨收集器、内陶瓷垫片、外陶瓷垫片和螺母；所述陶瓷挡板采用粘接的方式与聚四氟外壳相连；所述钨收集环从聚四氟外壳尾部的沉孔放入探针内部，通过不锈钢内壳和聚四氟绝缘层压紧来固定钨收集环；所述不锈钢内壳插入聚四氟外壳的沉孔内，通过聚四氟外壳尾部的通孔和螺钉固定不锈钢内壳，螺钉还起到压线的作用，为不锈钢内壳加载-20V偏置电压，用于环形收集器在负偏置电压作用下排斥羽流中的电子和吸收非轴向的羽流中的离子，从而使得钨表面收集羽流中的离子，形成离子电流；所述聚四氟绝缘层为聚四氟薄圆筒，插入不锈钢外壳内壁，防止内壁收集等离子体；所述的内陶瓷垫片内孔与钨收集器的中轴配合，外轴与不锈钢内壳的沉孔孔配合，固定了钨收集器和不锈钢内壳的相对位置；所述的钨收集器采用钨材料制作，后端螺纹连接螺母，中轴穿过内陶瓷垫片、外陶瓷垫片和不锈钢内壳，加-20V偏置电压，用于钨收集器在负偏置电压作用下排斥羽流中的电子和吸收非轴向的羽流中的离子，从而使得钨收集器收集羽流中的离子，形成离子电流；所述外陶瓷垫片与内陶瓷垫片安装方式一致；所述的螺母从钨收集器尾部的螺纹安装在钨收集器上，拧紧螺母，钨收集器与螺母之间产生轴向的拉紧力，固定了不锈钢内壳、螺钉、钨收集器、内陶瓷垫片、外陶瓷垫片之间的轴向关系；而不锈钢内壳与聚四氟外壳通过螺钉固定，从而固定了整个飞行探针。本专利技术的优点在于：(1)采用了钨收集环和钨收集器同时测量的设计，让同一团等离子体先打在钨收集环上再通过环内孔飞行一段距离打在后方的钨收集器上，实现了在推力器一次工作的过程中测量得到等离子体的喷射速度和密度，比多工况测量更加准确；(2)通过内外陶瓷垫片与钨收集器和不锈钢内壳的配合，达到了定位收集器和不锈钢内壳相对位置的作用，保证了钨收集器与钨收集环之间距离准确和钨收集器本身的垂直度，并且使钨收集器和钨收集环不导通，达到绝缘的目的；(3)飞行探针上部设计的螺钉和尾部设计的螺母可以用来压线，使偏置电压导线与飞行探针机械连接，简单可靠；(4)采用金属钨作为探针收集器和收集环的材料，减小了高能离子轰击探针表面引起的二次电子发射，减小了测量误差。而且不锈钢镀钨，价格昂贵，加工精度和平面度不能得到保证，本专利技术通过钨收集器和陶瓷的装配配合工艺达到了安装定位准确，成本低，收集面平面度高，测量精度高的优势；(5)聚四氟绝缘层的设计为放置于不锈钢内壳内部的绝缘薄筒，保证了钨收集器和不锈钢内壳的绝缘，并且绝缘薄筒起到了屏蔽等离子体的作用，使钨收集器和钨收集环收集得到的电流更一致，确保了测量结果的准确性。附图说明图1为用于离子推力器羽流测量的法拉第探针的装配图(主视图)；图2为用于离子推力器预留测量的法拉第探针的装配图(剖面图，剖面A-A，比例1：1)；图3为飞行探针三维剖面图；图4为飞行探针测试电路图。图5为探针工作流程图。图中：1.陶瓷挡板2.聚四氟外壳3.钨收集环4.聚四氟绝缘层5.不锈钢内壳6.螺钉7.钨收集器8.内陶瓷垫片9.外陶瓷垫片10.螺母201、前端准直筒202、前端收集环203、等离子体通道204、后端收集器301、飞行探针302、第一采样电阻303、第二采样电阻304、偏置电源305、数据采集仪具体实施方式下面将结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术是一种用于脉冲等离子体推力器测量的飞行探针，如图1、图2所示，包括陶瓷挡板1、聚四氟外壳2、钨收集环3、聚四氟绝缘层4、不锈钢内壳5、螺钉6、钨收集器7、内陶瓷垫片8、外陶瓷垫片9和螺母10。陶瓷挡板1上设有通孔，接受等离子体进入，陶瓷挡板1采用粘接的方式与聚四氟外壳2相连；聚四氟外壳2是内部空心结构，陶瓷挡板1一侧为探针头部，有较大空腔，中部有台阶结构，尾部的空腔与不锈钢内壳5进行装配，尾部有一个M2的螺纹孔钨收集环3为圆环结构，类似铜钱币，安置在聚四氟外壳的尾部空腔中，紧贴中部的台阶结构。需要说明，钨收集环3位于从聚四氟外壳2尾部的空腔内，紧靠在聚四氟外壳2的中部台阶结构一侧，通过不锈钢内壳5和聚四氟绝缘层4压紧来固定钨收集环3；不锈钢内壳5为圆柱状结构，中间有一个通孔，尾部位置有两个台阶，不锈钢内壳5插入聚四氟外壳2的沉孔内，通过聚四氟外壳2尾部的通孔和螺钉6固定不锈钢内壳5，螺钉6还起到压线的作用，为不锈钢内壳5加载-20V偏置电压，用于不锈钢内壳5在负偏置电压作用下排斥羽流中的电子和吸收非轴向的羽流中的离子，从而使得钨收集环3和钨收集器7只吸收羽流中的轴向运动离子，形成离子电流；聚四氟绝缘层4为聚四氟材料的薄壁圆筒，插入不锈钢内壳5内壁，防止内壁收集等离子体，造成钨收集环测量值偏高；内陶瓷垫片8内孔与钨收集器7的中轴配合，外轴与不锈钢内壳5的沉孔孔配合，固定了钨收集器7和不锈钢内壳5的相对位置；钨收集器7采用钨材料制作，后端螺纹连接螺母10，中轴穿过内陶瓷垫片8、外陶瓷垫片9和不锈钢内壳5，加-20V偏置电压，用于钨收集器7在负偏置电压作用下排斥羽流中的电子和吸收羽流中的轴向轴向运动离子，从而形成离子电流；外陶瓷垫片9与内陶瓷垫片8安装方式一致；螺母10从钨收集器7尾部的螺纹安装在钨收集器7上，拧紧螺母10，钨收集器7与螺母10之间产生轴向的拉紧力，固定了不锈钢内壳5、钨收集器7、内陶瓷垫片8、外陶瓷垫片9之间的轴向关系，而不锈钢内壳5与聚四氟外壳2通过螺钉6固定，从而固定了整个飞行探针。本专利技术提供的用于脉冲等离子体推力器羽流测量的飞行探针的三维剖面图，如图3，包括前端准直筒201由陶瓷挡板1和聚四氟外壳2的头部段组成、前端收集环202由钨收集环3和聚四氟外壳2的台阶部分组成、等离子体通道203由聚四氟绝缘层4的内部空腔组成、后端收集器2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于脉冲等离子体推力器测量的飞行探针，包括陶瓷挡板、聚四氟外壳、钨收集环、聚四氟绝缘层、不锈钢内壳、钨收集器、内陶瓷垫片和外陶瓷垫片；陶瓷挡板上设有通孔，与聚四氟外壳相连，钨收集环从聚四氟外壳尾部的沉孔放入探针内部，通过不锈钢内壳和聚四氟绝缘层压紧固定，不锈钢内壳插入聚四氟外壳的沉孔内，通过聚四氟外壳尾部的通孔和螺钉固定不锈钢内壳，还通过螺钉进行压线，为不锈钢内壳加载‑20V偏置电压，聚四氟绝缘层为聚四氟薄圆筒，插入不锈钢外壳内壁，内陶瓷垫片内孔与钨收集器的中轴配合，外轴与不锈钢内壳的沉孔孔配合，固定了钨收集器和不锈钢内壳的相对位置，钨收集器采用钨材料制作，后端螺纹连接螺母，中轴穿过内陶瓷垫片、外陶瓷垫片和不锈钢内壳，加‑20V偏置电压，外陶瓷垫片与内陶瓷垫片安装方式一致，螺母从钨收集器尾部的螺纹安装在钨收集器上，拧紧螺母，钨收集器与螺母之间产生轴向的拉紧力，固定不锈钢内壳、螺钉、钨收集器、内陶瓷垫片、外陶瓷垫片之间的轴向关系，不锈钢内壳与聚四氟外壳通过螺钉固定，从而固定整个飞行探针。

【技术特征摘要】
1.一种用于脉冲等离子体推力器测量的飞行探针，包括陶瓷挡板、聚四氟外壳、钨收集环、聚四氟绝缘层、不锈钢内壳、钨收集器、内陶瓷垫片和外陶瓷垫片；陶瓷挡板上设有通孔，与聚四氟外壳相连，钨收集环从聚四氟外壳尾部的沉孔放入探针内部，通过不锈钢内壳和聚四氟绝缘层压紧固定，不锈钢内壳插入聚四氟外壳的沉孔内，通过聚四氟外壳尾部的通孔和螺钉固定不锈钢内壳，还通过螺钉进行压线，为不锈钢内壳加载-20V偏置电压，聚四氟绝缘层为聚四氟薄圆筒，插入不锈钢外壳内壁，内陶瓷垫片内孔与钨收集器的中轴配合，外轴与不锈钢内壳的沉孔孔配合，固定了钨收集器和不锈钢内壳的相对位置，钨收集器采用钨材料制作，后端螺纹连接螺母，中轴穿过内陶瓷垫片、外陶瓷垫片和不锈钢内壳，加-20...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤海滨，章喆，张尊，曹帅，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11