本发明专利技术公开的一种多段式高效率脉冲等离子体推力器，属于微纳卫星微推进领域。本发明专利技术主要由一段阳极、一段阴极、二段阳极、二段阴极、绝缘段、触发极、触发工质、储能电容组、推进剂、包覆层和外部壳体组成。推力器电极分两段，且各段电极由各自的储能电容提供电压，实现将总能量分配给不同的电容器，并在不同位置放电，从而将推进剂烧蚀电离过程和等离子体加速过程分开，使更多的能量用于等离子体加速过程，能够提高推力器整体的加速效率。通过触发极烧蚀电离触发工质产生少量等离子体，使一段电极间的击穿电压大幅降低以利于初始放电的触发，进而提高推力器工作的可靠性。本发明专利技术适用于低功率维纳卫星的应用场合，满足对应的任务推力需求。
【技术实现步骤摘要】
一种多段式高效率脉冲等离子体推力器
本专利技术涉及一种多段式高效率脉冲等离子体推力器，属于微纳卫星微推进领域。
技术介绍
近年来，随着航天技术的快速发展，微纳卫星因具有体积小、功耗低、发射周期短、重量轻、成本低、功能扩展性等特点受到了越来越多的关注，应用前景广阔。以若干颗微纳卫星编队组成一个大的“虚拟卫星”，通过微纳卫星间的协同信号处理，可完成对地观测、通信导航、目标侦察等任务。因此，微纳卫星的任务需求和飞行空间环境使其推进系统需满足以下要求：重量轻、低功耗、体积小、推力精确。传统的推进技术因推力精细度和推力输出相对粗糙，很难满足高精度的推力要求。脉冲等离子体推力器具有比冲高、结构简单紧凑、控制方便灵活、能在低功率下稳定工作等特点，可以满足微纳卫星推力需求。但是随着新型电推进技术的不断发展，传统的脉冲等离子体推力器其可靠性低、推进效率低的缺点逐渐显露。
技术实现思路
为了解决传统脉冲等离子体推力器点火启动装置容易失效可靠性不足，能量转化效率低等问题，本专利技术公开的一种多段式高效率脉冲等离子体推力器，主要解决的技术问题是：提高脉冲等离子体推力器点火启动装置可靠性和能量转化效率。本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。本专利技术公开的一种多段式高效率脉冲等离子体推力器,所述推力器结构主要由一段阳极、一段阴极、二段阳极、二段阴极、绝缘段、触发极、触发工质、储能电容组、推进剂、包覆层和外部壳体组成。推力器整体呈同轴状结构,电极共分为两段，第一段电极主要用于将推进剂烧蚀电离过程；第二段电极主要用于等离子体加速过程。第一段电极由一段阳极和一段阴极组成，一段阳极和一段阴极均为同轴圆环，圆环形推进剂位于一段阳极圆环和一段阴极圆环之间，一段阳极圆环位于推进剂外侧，一段阴极圆环位于推进剂内侧。一段阳极与二段阳极间由圆环形的绝缘段隔开。二段阳极为与一段阳极同轴径的圆环。二段阴极为实心圆柱体，二段阴极穿过一段阴极内环。为隔离二段阴极对一段电极和绝缘段的影响，二段阴极外部由包覆层包覆。包覆层由里至外依次套有触发极、触发工质、一段阴极，所述触发极、触发工质、一段阴极共同组成点火启动装置。一段电极、二段电极和点火启动装置由各自的储能电容提供电压。为避免尾部放电，且为便于各段电极与外部电源的连接，推力器尾部的二段阴极、包覆层、触发极、触发工质和一段阴极呈阶梯状。一段阳极、绝缘段和二段阳极通过一端内凸的外部壳体固定，且实现使推力器电极与外部环境隔离的目的。由于推力器电极分两段，且各段电极由各自的储能电容提供电压，实现将总能量分配给不同的电容器，并在不同位置放电，从而将推进剂烧蚀电离过程和等离子体加速过程分开，使更多的能量用于等离子体加速过程，能够提高推力器整体的加速效率。通过触发极烧蚀电离触发工质产生少量等离子体，使一段电极间的击穿电压大幅降低以利于初始放电的触发，进而提高推力器工作的可靠性。本专利技术公开的一种多段式高效率脉冲等离子体推力器的工作方法为：首先，分别为一段电极、二段电极和点火启动装置提供电压的储能电容充电，由于一段电极间在真空条件下缺少导通条件，无法自行击穿；由于触发极击穿电压很小，先于一段电极击穿，触发极与一段阴极间的电流烧蚀触发工质，烧蚀产生的中性气体在电场中电离，从而产生少量等离子体；产生的等离子体充斥于一段电极间，使一段电极间的击穿电压大幅降低以利于初始放电的触发，进而提高推力器工作的可靠性。因此，一段电极间击穿从而产生大电流，电流烧蚀推进剂产生中性气体，在高电压的作用下，烧蚀出的中性气体被电离成等离子体团；产生的等离子团脱离推进剂表面后，在一段电极间的电场和自感磁场的作用下加速沿绝缘段向二段电极喷出；当等离子团到达二段电极后，由于二段电极间存在高电压，等离子团在电场和自感磁场的作用下再次沿轴向加速直至被推出，产生脉冲推力。有益效果：1、本专利技术公开一种多段式高效率脉冲等离子体推力器，通过将电极分为两段并由不同的电容提供能量，实现总能量的不同分配，从而将推进剂烧蚀电离过程和等离子体加速过程分开，以提高推力器整体的加速效率。2、本专利技术公开一种多段式高效率脉冲等离子体推力器，摒弃了传统脉冲等离子体推力器的火花塞点火启动装置，通过触发极烧蚀电离触发工质产生少量等离子体，使一段电极间的击穿电压大幅降低以利于初始放电的触发，进而提高推力器工作的可靠性。3、本专利技术公开的一种多段式高效率脉冲等离子体推力器适用于低功率维纳卫星的应用场合，满足对应的任务推力需求，包括姿态控制，位置保持，阻力补偿等。附图说明图1多段式高效率脉冲等离子体推力器结构示意图图2多段式高效率脉冲等离子体推力器前部三维示意图图3多段式高效率脉冲等离子体推力器尾部三维示意图其中：1-触发极，2-触发工质，3-一段阴极，4-推进剂，5-绝缘段，6-外部壳体，7-二段阳极，8-二段阴极，9-包覆层，10-一段阳极，11-储能电容。具体实施方式为了更好的说明本专利技术的目的和优点，下面结合附图和实例对
技术实现思路
做进一步说明。实施例1：本实施例公开的一种多段式高效率脉冲等离子体推力器，推力器结构主要由一段阳极10、一段阴极3、二段阳极7、二段阴极8、绝缘段5、触发极1、触发工质2、储能电容组11、推进剂4、包覆层9和外部壳体6组成。推力器整体呈同轴状结构,电极共分为两段，第一段电极主要用于将推进剂烧蚀电离过程，第二段电极主要用于等离子体加速过程。第一段电极由一段阳极10和一段阴极3组成，一段阳极10和一段阴极3均为黄铜材质的同轴圆环，其中，一段阳极10，内径为9mm,外径10mm，长度为25mm,一段阴极3，内径为3mm,外径4mm，长度为22mm。圆环形推进剂4材质为聚四氟乙烯，内径为4mm,外径9mm，长度为20mm，位于一段阳极圆环10和一段阴极圆环3之间，一段阳极圆环10位于推进剂4外侧，一段阴极圆环3位于推进剂4内侧。一段阳极10与二段阳极7间由圆环形的玻璃材质的绝缘段5隔开，绝缘段5内径为9mm,外径10mm，长度为5mm。二段阳极7为与一段阳极10同轴径的黄铜材质圆环，二段阳极7内径为9mm,外径10mm，长度为20mm。二段阴极8为黄铜材质的实心圆柱体，直径为1mm,长度为55mm，二段阴极8穿过一段阴极3内环。为隔离二段阴极8对一段电极和绝缘段5的影响，二段阴极8外部由橡胶材质的包覆层9包覆，包覆层9内径为1mm,外径2mm，长度为38mm。包覆层9由里至外依次套有触发极1、触发工质2、一段阴极3，其中,触发极1为与阳极同轴的紫铜材质的圆环,内径为2mm,外径2.5mm，长度为27mm，触发工质2材质为聚四氟乙烯，内径为2.5mm,外径3mm，长度为24mm。所述触发极1、触发工质2、一段阴极3共同组成点火启动装置。一段电极、二段电极和点火启动装置由各自的储能电容11提供电压，储能电容组11，两主放电电容容量为5μF,触发电路电容为3000pF。为避免尾部放电，且为便于各段电极与外部电源的连接，推力器尾部的二段阴极8、包覆层9、触发极1、触发工质2和一段阴极3呈阶梯状，其中，二段阴极8距离尾部推进剂4表面伸出10mm,包覆层9伸出8mm,触发极1伸出6mm，触发工质2伸出4mm,一段阴极3伸出2mm。一段阳极10、绝缘段5和二段阳极7通过一端内凸的外部壳体6固定本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多段式高效率脉冲等离子体推力器，其特征在于：所述推力器结构主要由一段阳极(10)、一段阴极(3)、二段阳极(7)、二段阴极(8)、绝缘段(5)、触发极(1)、触发工质(2)、储能电容组(11)、推进剂(4)、包覆层(9)和外部壳体(6)组成；推力器整体呈同轴状结构,电极共分为两段，第一段电极主要用于推进剂烧蚀电离过程；第二段电极主要用于等离子体加速过程；第一段电极由一段阳极(10)和一段阴极(3)组成，一段阳极(10)和一段阴极(3)均为同轴圆环，圆环形推进剂(4)位于一段阳极圆环(10)和一段阴极圆环(3)之间，一段阳极圆环(10)位于推进剂(4)外侧，一段阴极圆环(3)位于推进剂(4)内侧；一段阳极(10)与二段阳极(7)间由圆环形的绝缘段(5)隔开；二段阳极(7)为与一段阳极(10)同轴径的圆环；二段阴极(8)为实心圆柱体，二段阴极(8)穿过一段阴极(3)内环；为隔离二段阴极(8)对一段电极和绝缘段(5)的影响，二段阴极(8)外部由包覆层(9)包覆；包覆层(9)由里至外依次套有触发极(1)、触发工质(2)、一段阴极(3)，所述触发极(1)、触发工质(2)、一段阴极(3)共同组成点火启动装置；一段电极、二段电极和点火启动装置由各自的储能电容(11)提供电压；为避免尾部放电，且为便于各段电极与外部电源的连接，推力器尾部的二段阴极(8)、包覆层(9)、触发极(1)、触发工质(2)和一段阴极(3)呈阶梯状；一段阳极(10)、绝缘段(5)和二段阳极(7)通过一端内凸的外部壳体(6)固定，且实现使推力器电极与外部环境隔离的目的。...
【技术特征摘要】
1.一种多段式高效率脉冲等离子体推力器，其特征在于：所述推力器结构主要由一段阳极(10)、一段阴极(3)、二段阳极(7)、二段阴极(8)、绝缘段(5)、触发极(1)、触发工质(2)、储能电容组(11)、推进剂(4)、包覆层(9)和外部壳体(6)组成；推力器整体呈同轴状结构,电极共分为两段，第一段电极主要用于推进剂烧蚀电离过程；第二段电极主要用于等离子体加速过程；第一段电极由一段阳极(10)和一段阴极(3)组成，一段阳极(10)和一段阴极(3)均为同轴圆环，圆环形推进剂(4)位于一段阳极圆环(10)和一段阴极圆环(3)之间，一段阳极圆环(10)位于推进剂(4)外侧，一段阴极圆环(3)位于推进剂(4)内侧；一段阳极(10)与二段阳极(7)间由圆环形的绝缘段(5)隔开；二段阳极(7)为与一段阳极(10)同轴径的圆环；二段阴极(8)为实心圆柱体，二段阴极(8)穿过一段阴极(3)内环；为隔离二段阴极(8)对一段电极和绝缘段(5)的影响，二段阴极(8)外部由包覆层(9)包覆；包覆层(9)由里至外依次套有触发极(1)、触发工质(2)、一段阴极(3)，所述触发极(1)、触发工质(2)、一段阴极(3)共同组成点火启动装置；一段电极、二段电极和点火启动装置由各自的储能电容(11)提供电压；为避免尾部放电，且为便于各段电极与外部电源的连接，推力器尾部的二段阴极(8)、包覆层(9)、触发极(1)、触发工质(2)和一段阴极(3)呈阶梯状；一段阳极(10)、绝缘段(5)和二段阳极(7)通过一端内凸的外部壳体(6)固定，且实现使推力器电极与外部环境隔离的目的...
【专利技术属性】
技术研发人员：武志文，李航，黄天坤，孙国瑞，曾玲汉，王宁飞，刘向阳，谢侃，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。