固体烧蚀型磁等离子体推力器制造技术

技术编号:21884588 阅读:20 留言:0更新日期:2019-08-17 11:58
本发明专利技术提供一种固体烧蚀型磁等离子体推力器,包括阴极体、阳极体、固体推进剂、电源与火花塞,所述阴极体、阳极体均与电源电性相连,所述阴极体与阳极体之间围成烧蚀腔与放电腔;所述固体推进剂位于烧蚀腔内且两端分别与位于烧蚀腔两端的阴极体、阳极体相连,所述固体推进剂内设有从烧蚀腔对应阳极体的一端到烧蚀腔对应阴极体的一端贯穿固体推进剂的贯穿孔,所述贯穿孔通过连接通道与放电腔连通;所述火花塞设在连接通道内且与电源电性相连,所述放电腔内设有加速磁场。使等离子体经历了两次加速过程,推进性能进一步得到了有效提高。本发明专利技术应用于航天技术与等离子体领域。

Solid ablative magnetic plasma thruster

【技术实现步骤摘要】
固体烧蚀型磁等离子体推力器
本专利技术涉及航天技术与等离子体领域,尤其涉及一种固体烧蚀型磁等离子体推力器。
技术介绍
磁等离子体推力器作为一种高功率空间电推进装置,主要利用电磁力以及气动力来加速等离子体以产生推力。与其他电推进装置相比,磁等离子体推力器具有高排气速度、大推力、高效率和较轻重量,在大型航天器轨道提升、行星际飞行和深空探测等领域更具有优势。然而,磁等离子体推力器一般选用氢气与锂蒸气作为推进剂,但是氢气和锂蒸气易于空气发生化学反应,具有一定的危险性。同时气体推进剂的使用,磁等离子体推力器需要配置存储气体推进剂的装置和复杂的供气系统为推力器放电提供气态推进剂,受供气系统管路和阀门的限制,常规磁等离子体推力器响应慢,且容易造成推进剂浪费。同时限于繁琐的供气系统,当前的磁等离子体推力器组成阵列群组进行工作时,极其笨重。固体推进剂具有容易集成、便于携带且结构简单等优点,目前空间任务中电推力器对固体推进剂逐渐青睐起来。
技术实现思路
针对现有技术中磁等离子体推力器供气系统复杂、推力响应速度慢、阴极烧蚀严重且不易小型化和集成化等问题,本专利技术的目的是提供一种固体烧蚀型磁等离子体推力器。其采用的技术方案是:固体烧蚀型磁等离子体推力器,其特征在于,包括阴极体、阳极体、固体推进剂、电源与火花塞,所述阴极体、阳极体均与电源电性相连,所述阴极体与阳极体之间围成烧蚀腔与放电腔;所述固体推进剂位于烧蚀腔内且两端分别与位于烧蚀腔两端的阴极体、阳极体相连,所述固体推进剂内设有从烧蚀腔对应阳极体的一端到烧蚀腔对应阴极体的一端贯穿固体推进剂的贯穿孔,所述贯穿孔通过连接通道与放电腔连通;所述火花塞设在连接通道内且与电源电性相连,所述放电腔内设有加速磁场。进一步优选的,所述阴极体包括一体成型的第一阴极与第二阴极,所述阳极体包括第一阳极与第二阳极,所述第一阴极、第二阴极、第一阳极与第二阳极均与电源电性相连;所述第一阴极与第一阳极相对设立且之间围成烧蚀腔,所述固体推进剂位于烧蚀腔内且两端分别抵接第一阴极与第一阳极,所述固体推进剂上设有从第一阳极到第一阴极贯穿固体推进剂的贯穿孔,所述第一阴极上设有第一通孔;所述第二阴极与第二阳极之间围成放电腔,所述第二阴极上设有第二通孔,所述第一通孔与第二通孔连通组成连接通道。进一步优选的,所述第二阴极与第二阳极均为空心柱状结构,所述第二阴极体位于第二阳极的空腔内,所述第二阴极外壁与第二阳极内壁之间围成环形腔,所述放电腔由环形腔以及第二阳极中剩余的空腔组成,所述第二阳极体的外壁上环绕有磁线圈,所述加速磁场由磁线圈生产。进一步优选的,所述第一阴极为板状结构,所述第一阴极的正面朝向第一阳极,所述第一阴极的反面朝向第二阳极,所述第二阴极位于第一阴极反面的中心位置,所述第二阳极的端部抵接在第一阴极的反面上。进一步优选的,所述第二阴极的轴线与第二阳极的轴线重合,所述第二阴极的长度为第二阳极长度的1/3~1/2。进一步优选的,所述第一阴极的反面上设有绝缘层。进一步优选的,所述电源包括:点火电路,与火花塞电性相连;放电电路,与第一阳极、第二阳极、阴极体电性相连。进一步优选的,所述点火电路包括:第一充电电源,用于为第一电容充电;第一电容,包括第一端子与第二端子,第一电容的第一端子与第一充电电源的阳极耦合,第一电容的第二端子与第一充电电源的阴极耦合并接地;第一可控硅整流器,包括第一端子与第二端子,第一可控硅整流器的第一端子与第一电容的第一端子、第一充电电源的阳极耦合,第一可控硅整流器的第二端子与火花塞耦合。进一步优选的,所述放电电路包括第二充电电源、第二可控硅整流器、二极管、保护电阻、继电器、n个第二电容C1~Cn与n个电感L1~Ln,其中,n为大于1的自然数;所述第二可控硅整流器、保护电阻、继电器以及每个第二电容均包括第一端子与第二端子;第一个第二电容C1的第一端子与第二充电电源的阳极耦合,第i个第二电容Ci的第一端子与第i+1个第二电容Ci+1的第一端子通过第i个电感Li耦合,每一个第二电容C1~Cn的第二端子均与第二充电电源的阴极耦合,其中,1≤i<n;第n个第二电容Cn的第一端子还通过第n个电感Ln与二极管的输入端耦合,二极管的输出端通过匹配电阻与第一阳极、第二阳极耦合;所述第二可控硅整流器的第一端子分别与第二充电电源的阴极、每一个第二电容C1~Cn的第二端子耦合,所述第二可控硅整流器的第二端子与阴极体耦合;第一个第二电容C1的第一端子还与保护电阻的第一端子耦合,所述保护电阻的第二端子与继电器的第一端子耦合,第二个第二电容C2的第二端子与继电器的第二端子耦合并接地。本专利技术的有益技术效果:本专利技术通过第一阴极与第一阳极围成烧蚀腔进而烧蚀固体推进剂产生等离子体,等离子体在烧蚀腔的电热加速下进入由第二阴极与第二阳极围成的放电腔,再次在电场和加速磁场耦合作用下进一步电离和电磁加速喷出,从而产生推力,其中以固体材料作为推进剂,省去了复杂的推进剂供给装置,减小了推力器整体重量和成本,具有更易集成化与小型化的特点,且相比传统磁等离子体推力器,本专利技术中等离子体经历了两次加速过程,推进性能进一步得到了有效提高。附图说明图1是本实施例中推力器的剖视图;图2是本实施例中点火电路的电路示意图;图3是本实施例中放电电路的电路示意图。具体实施方式为了使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下结合具体实施例,并根据附图,对本专利技术进一步详细说明。需要说明的是,在附图或说明书描述中,未描述的内容以及部分英文简写为所属
中普通技术人员所熟知的内容。本实施例中给定的一些特定参数仅作为示范,在不同的实施方式中该值可以相应地改变为合适的值。如图1-3所示的固体烧蚀型磁等离子体推力器,包括阴极体1、阳极体2、固体推进剂3、电源与火花塞5等部件,这些部件有效实现了固体推进剂3的烧蚀,电离产生等离子体,和等离子体加速喷出等过程,从而稳定产生推力,其具体连接结构结构为:阴极体1包括一体成型的第一阴极11与第二阴极12,阳极体2包括第一阳极21与第二阳极22,第一阴极11、第二阴极12、阳极体2均与电源电性相连;其中,第一阳极21与第一阴极11均为板状或柱状结构,第二阴极12与第二阳极22均为空心柱状结构,第一阴极11的正面朝向第一阳极21,第一阴极11的反面朝向第二阳极22,第二阴极12位于第一阴极11反面的中心位置,第二阳极22的端部抵接在第一阴极11的反面上,其中,第一阴极11的正面即图1中第一阴极11左侧的一面,第一阴极11的反面即图1中第一阴极11右侧的一面。第一阴极11与第一阳极21如图1中所示相对设立以使得第一阴极11与第一阳极21之间围成烧蚀腔,固体推进剂3位于烧蚀腔内,固体推进剂3的一端抵接在第一阴极11上,另一端抵接在第一阳极21上,安装过程中可以直接将第一阴极11安装在固体推进剂3的一端,将第一阳极21安装在固体推进剂3的另一端。固体推进剂3上设有沿第一阳极21到第一阴极11的方向贯穿固体推进剂3的贯穿孔31,贯穿孔31的数量至少为一个,且有一个贯穿孔31位于固体推进剂3的中心位置,图1中所示的即为只有一个贯穿孔31时的固体推进剂3;贯穿孔31的存在使得固体推进剂3需要满足毛细管型结构,可以采用特氟龙、聚甲醛和树脂等固体聚本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.固体烧蚀型磁等离子体推力器,其特征在于,包括阴极体、阳极体、固体推进剂、电源与火花塞,所述阴极体、阳极体均与电源电性相连,所述阴极体与阳极体之间围成烧蚀腔与放电腔;所述固体推进剂位于烧蚀腔内且两端分别与位于烧蚀腔两端的阴极体、阳极体相连,所述固体推进剂内设有从烧蚀腔对应阳极体的一端到烧蚀腔对应阴极体的一端贯穿固体推进剂的贯穿孔,所述贯穿孔通过连接通道与放电腔连通;所述火花塞设在连接通道内且与电源电性相连,所述放电腔内设有加速磁场。

【技术特征摘要】
1.固体烧蚀型磁等离子体推力器,其特征在于,包括阴极体、阳极体、固体推进剂、电源与火花塞,所述阴极体、阳极体均与电源电性相连,所述阴极体与阳极体之间围成烧蚀腔与放电腔;所述固体推进剂位于烧蚀腔内且两端分别与位于烧蚀腔两端的阴极体、阳极体相连,所述固体推进剂内设有从烧蚀腔对应阳极体的一端到烧蚀腔对应阴极体的一端贯穿固体推进剂的贯穿孔,所述贯穿孔通过连接通道与放电腔连通;所述火花塞设在连接通道内且与电源电性相连,所述放电腔内设有加速磁场。2.根据权利要求1所述固体烧蚀型磁等离子体推力器,其特征在于,所述阴极体包括一体成型的第一阴极与第二阴极,所述阳极体包括第一阳极与第二阳极,所述第一阴极、第二阴极、第一阳极与第二阳极均与电源电性相连;所述第一阴极与第一阳极相对设立且之间围成烧蚀腔,所述固体推进剂位于烧蚀腔内且两端分别抵接第一阴极与第一阳极,所述固体推进剂上设有从第一阳极到第一阴极贯穿固体推进剂的贯穿孔,所述第一阴极上设有第一通孔;所述第二阴极与第二阳极之间围成放电腔,所述第二阴极上设有第二通孔,所述第一通孔与第二通孔连通组成连接通道。3.根据权利要求2所述固体烧蚀型磁等离子体推力器,其特征在于,所述第二阴极与第二阳极均为空心柱状结构,所述第二阴极体位于第二阳极的空腔内,所述第二阴极外壁与第二阳极内壁之间围成环形腔,所述放电腔由环形腔以及第二阳极中剩余的空腔组成,所述第二阳极的外壁上环绕有磁线圈,所述加速磁场由磁线圈生产。4.根据权利要求3所述固体烧蚀型磁等离子体推力器,其特征在于,所述第一阴极为板状结构,所述第一阴极的正面朝向第一阳极,所述第一阴极的反面朝向第二阳极,所述第二阴极位于第一阴极反面的中心位置,所述第二阳极的端部抵接在第一阴极的反面上。5.根据权利要求3所述固体烧蚀型磁等离子体推力器,其特征在于,所述第二阴极的轴线与第二阳极的轴线重合,所述第二阴极的长度为第二阳极长度的1...

【专利技术属性】
技术研发人员:欧阳吴建军张宇程玉强吴必琦杜忻洳李健谭胜
申请(专利权)人:中国人民解放军国防科技大学
类型:发明
国别省市:湖南,43

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