霍尔效应推进器制造技术

本发明专利技术涉及一种霍尔效应推进器，特别是一种具有可倾斜推力的霍尔效应推进器(1)，其中，磁路的末级包括内极(18)，该内极相对于外极(15)在下游处轴向地偏移，使得所述磁场(M)相对于推进器(1)的横断面倾斜。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】霍尔效应推进器
本专利技术涉及霍尔效应推进器领域。本专利技术更具体地涉及可操纵推力的霍尔效应推进器，其具有环形通道、阳极、喷射回路、磁路和阴极。该环形通道由两个具有一中心轴线的同心壁限定，具有一开放端和一封闭端，并包括处于封闭端旁的上游段，该上游段被径向壁细分为多个分开的间隔区。该阳极位于环形通道的封闭端处。该喷射回路适用于将推进气体(例如诸如氙)喷射到该环形通道的间隔区中，并且包括至少一个独立的用于每个间隔区的流速调节器装置。该磁路适用于在该环形通道的开放端处形成磁场。该阴极位于该环形通道的开放端的外部。在本文中，术语“上游”和“下游”被定义为相对于推进气体沿着由所述环形通道的中心轴线限定的轴线的通常流动方向。
技术介绍
通常，在这种霍尔效应推进器处于工作状态时，电子由阴极发射并朝向位于环形通道的底部的阳极被吸引，且在位于两壁之间的螺旋轨道中被磁场捕获，由此形成虚拟阴极栅。电子由这种磁罩朝向阳极逃逸，并与通过喷射回路被喷射至环形通道内的推进气体中的原子发生碰撞，从而形成离子化等离子体。等离子体中的正离子被存在于阳极和虚拟阴极栅之间的电场加速，该虚拟阴极栅由被位于环形通道的开放端处的磁场所捕获的电子云形成。因为这类正离子的质量远大于电子的质量，所以这些离子的轨迹很难被磁场影响。这种等离子流中的正离子最终会被阴极所发射的或是在等离子体电离过程中已经产生的电子在磁场的下游处中和。霍尔效应推进器已开始被应用于航天器的运行姿态和轨迹控制系统(AOCSs)中，尤其是被应用于地球同步卫星的AOCSs中。从上述功能上看，霍尔效应推进器的优点在于能够精确地控制运载工具(航天器)的运行姿态和/或位置，同时与传统系统相比(传统系统利用诸如像反作用轮之类的惯性器件且与用于减饱和目的的化学推进器结合)，明显地质量更小并且复杂程度更低。通常情况下霍尔效应推进器的推力是不可操纵的，必须要同时使用多个霍尔效应推进器以获得在期望方向上的推力，以便改变航天器的指向和/或位置。这尤其意味着用于推进器的电源供电电路相当复杂。可选地，也有文献表示可将霍尔效应推进器安装在枢轴座上，用于操纵推进器的推力，例如在2005年美国Princeton的29thInternationalElectricPropulsionConference(第29届国际电力推进会议)中H.Grey,S.Provost,M.Glogowski和A.Demaire所发表的文献“Inmarsat4F1plasmapropulsionsysteminitialflightoperations”(IECP-2005-282)所描述的。然而，这样的枢轴座却有相当可观的力学复杂性，且要求其运动部件在非常严苛的航天器环境中总是承受堵塞的风险。为了减少这些缺陷，美国专利第5845880号提出一种霍尔效应推进器，其可通过最后磁级(lastmagneticstage)来操纵，该最后磁级被细分为多个可独立启动的区段。因此，推力的方位可通过改变磁场而被改变，其缺点是要围绕环形阴极的开放端的整个边界维持磁罩，并由此维持虚拟阴极栅。此外，电源为针对功率可变的最后磁级供电也在一定程度上增加了推进器的复杂性。2008年5月5日至8日在希腊Heraklion举办的SpacePropulsionConference(航天推进会议)上出版的由O.Duchemin,M.Saverdi与D.Estublier所著文献“PerformanceandlifetimeassessmentofathruststeeringdeviceforthePPS1350Halleffectplasmathruster”中，以及2009年9月至10月第25卷第5期出版的“JournalofPropulsionandPower”中的文献“PerformancemodelingofathrustvectoringdeviceforHalleffectthrusters”中，描述了针对可操纵推力的霍尔效应推进器的实验；这种可操纵推力的霍尔效应推进器与美国专利第5845880号的霍尔效应推进器类似，但是除了被细分为多个可独立启动的区段的最后磁级之外，还额外包括多个推进气体喷射喷嘴；这些推进气体喷射喷嘴分布在环形通道中且流速调节独立，以便使喷射至环形通道内的气体发生改变和不均匀分配。然而，这些文献中所描述的通过喷射至环形通道内的气体的不均匀流速来操纵推力却相对无效，并且考虑到流速调节器装置带来的额外的复杂性，这甚至令人感到沮丧。欧洲的专利申请EP1021073A1同样也描述了一种可操纵推力的霍尔效应推进器，其具有分布在环形通道中并具有独立流速调节装置的多个推进气体喷射喷嘴。此外，在该推进器中，环形通道被径向壁分隔为多个间隔区。然而在该文献中提出，环形通道中气体流速不均匀分布的目的是为了横向地移动推进轴线而非改变其方向。磁路具有一带有内极的末级，该内极相对于外极在上游处轴向地偏移，由此使推进气体的离子流集中。与美国专利第5845880号相同，推力通过不均匀的磁场来操纵，最后磁级也同样会被细分为多个独立启动的区段。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种霍尔效应推进器，其能够以一种更有效的方式操纵推力，而不必依赖于控制磁场或在以机械方式使推进器枢转。在至少一个实施例中，所述目的通过以下方式达成：在磁路的末级包括内极和对面的外极，内极相对于外极在下游处轴向地偏移，使得磁场相对于推进器的横断面倾斜。依靠这些配置，由被磁场捕获的电子形成的虚拟阴极栅也是倾斜的，并且以这种方式沿多个发散方向，对应于环形通道的多个间隔区中的每个间隔区，驱动多个推进气体射流。不同于会聚式射流，这些发散式射流不会表现出互相干涉的缺点，从而能够使每个间隔区的相联系的推进方向基本上与其它间隔区的方向不同，并因此能够控制来自推进器的整个推力的方向，以借助被喷射至每个间隔区中的气体的不均匀流速分配，使推进器更有效地被操纵。在第二方案中，该环形通道具有位于开放端旁的下游段，且子午面沿下游方向偏离，以限制被电离的推进气体的分散射流对所述壁(尤其是外壁)的腐蚀。在第三方案中，该环形通道为非轴对称的。具体地，该环形通道的横截面可具有一主对称轴线和一副对称轴线，该副对称轴线垂直于并短于该主对称轴线。因为与每个间隔区相关的推力的横向分量基本上垂直于该环形通道的边界，所以这样一种非对称的构造(比其它方向，较有利于在一些横向方向上的推进气流速且由此较有利于在一些横向方向上的推力)尤其适合应用于例如控制地球同步卫星的轨道，其推进器沿一特定横向方向的操纵能力需要被给予与相对于其它横向方向相比更高的优先权。然而，在替代的实施例中，也可设想使用对称形状。在第四方案中，至少一个独立的流速调节器装置连接至控制单元，由此使该流速调节器装置能够被控制、多个这类装置被一起控制、甚至多个霍尔效应推进器被一起控制(假若它们全部连接至同一控制单元的话)。在第五方案中，同心壁由陶瓷材料制成，因为陶瓷材料的电磁特性和抗腐蚀的能力，所以在此特别合适。本专利技术还提供了一种航天器，其整合有上述可操纵推力的霍尔效应推进器，该推进器用于控制航天器的运行姿态和/或轨道，并且本专利技术涉及一种借助霍尔效应推进器来产生可操纵推力的方法。实现该方法的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可操纵推力的霍尔效应推进器(1)，包括：环形通道(2)，由具有一中心轴线(Z')的两个同心壁(3、4)限定，所述环形通道(2)具有一开放端(5)和一封闭端(6)，且具有在所述封闭端(6)旁的上游段(2a)，所述上游段被径向壁(7)细分为多个分开的间隔区(8)；阳极(9)，位于所述环形通道(2)的所述封闭端(6)处；喷射回路(11)，用于将推进气体喷射至所述环形通道(2)的所述间隔区(8)中，该回路包括至少一个独立的用于每个间隔区(8)的流速调节器装置(12)；磁路，用于在所述环形通道(2)的所述开放端(5)处产生磁场(M)；以及阴极(19)，位于所述环形通道(2)的所述开放端(5)的下游；所述推进器的特征在于，在所述磁路的末级中包括内极(18)和对面的外极(15)，所述内极(18)相对于所述外极(15)在下游处轴向地偏移，使得所述磁场(M)相对于所述推进器(1)的横断面倾斜。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.11.22 FR 11606351.一种可操纵推力的霍尔效应推进器(1)，包括：环形通道(2)，由具有一中心轴线(Z')的两个同心壁(3、4)限定，所述环形通道(2)具有一开放端(5)和一封闭端(6)，且具有在所述封闭端(6)旁的上游段(2a)，所述上游段被径向壁(7)细分为多个分开的间隔区(8)；阳极(9)，位于所述环形通道(2)的所述封闭端(6)处；喷射回路(11)，用于将推进气体喷射至所述环形通道(2)的所述间隔区(8)中，该回路包括至少一个独立的用于每个间隔区(8)的流速调节器装置(12)；磁路，用于在所述环形通道(2)的所述开放端(5)处产生磁场(M)；以及阴极(19)，位于所述环形通道(2)的所述开放端(5)的下游；所述推进器的特征在于，在所述磁路的末级中包括内极(18)和对面的外极(15)，所述内极(18)相对于所述外极(15)在下游处轴向地偏移，使得所述磁场(M)相对于所述推进器(1)的横断面倾斜。2.根据前述权利要求所述的霍尔效应推进器(1)，其中，所述环形通道(2)具有位于所述开放端(5)旁的下游段(2b)，且子午面(P)沿下游方向偏离。3.根据权利要求1所述的霍尔效应推进器(1)，其中，所述环形通道(2)为非轴对称的。4.根据权利要求3所述的霍尔效应推进器(1)，其中，所述环形通道(2)呈现出具有一主对称轴线(X')和一副对称轴线(Y')的横截面，并且所述副对称轴线(Y')垂直于并短于所述主对称轴线(X')。5.根据权利要求1所述的霍尔效应推进器(1)，其中，至少一个独立的流速调节器装置(12)连接至控制单元。6.根据权利要求1所述的霍尔效应推进器，其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·R·J·玛彻德斯，安东尼·克劳得·博纳德·洛兰，V·M·韦尔，
申请(专利权)人：斯奈克玛公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR