一种低功率、磁场可调的圆柱型电磁等离子体推进器制造技术

本发明专利技术是一种低功率、磁场可调的圆柱型电磁等离子体推进器，属于电推进领域。本发明专利技术推进器包括前后线圈、环形阳极、陶瓷放电通道、纯铁套筒、铁芯、前后封盖等。陶瓷放电通道形成的放电室为圆柱型。在陶瓷放电通道前后分别安装前后线圈，通过调整线圈电流来改变放电室内的磁场分布。本发明专利技术还在陶瓷放电通道出口端安装磁导环，有利于放电室内等离子体生成区和加速区分离，使离子获得充分加速，提高了推进器比冲。本发明专利技术的推进器将常规霍尔推进器的放电室改进为完全的圆柱型，改变其内部电子约束方式，解决了环形霍尔推进器在低功率下腐蚀率较高的问题，电离效率显著提升，而且能在100W以下稳定工作，拓展了常规电推进器在低功率领域的应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电推进领域，涉及一种低功率、磁场可调的圆柱型电磁等离子体推进器。
技术介绍
电推进技术经过六十多年的发展，较为成熟的应用型产品有离子推进器和霍尔推进器等。其中，霍尔推进器在比冲和效率上略逊于离子推进器，但由于其构造和控制系统更为简单，成为各国电推进领域的发展重点之一。常规的霍尔推进器采用环形放电通道，当额定功率高于100W时，环形通道完全可以满足航天任务的需求。然而，随着卫星小型化趋势的逐步兴起，设计人员对推进系统提出了降低功耗的要求，而常规电推进器几乎没有功耗在100W以下的产品，更不用说50W以下。尽管人们尝试用各种方法对常规霍尔推进器进行缩放，但是在环形结构保持不变、特征长度按比例缩小的条件下，研制出来的小推进器往往效率低下，比冲较低，或者根本不能把功耗降低到100W以下。造成这种问题的主要原因是，在环形霍尔推进器小型化的过程中，约束电子所需的磁场强度与放缩比例成反比，而强磁场需要大功率、大体积的永磁铁或者电磁线圈来产生，这明显违背了推进器小型化的初衷。不仅如此，狭窄的环形放电通道严重降低了电离效率，电子往往在到达阳极或者与推进剂原子发生碰撞之前就与通道壁面碰撞，使壁面发生腐蚀，壁面的腐蚀也是影响推进器寿命的重要因素。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提出一种低功率、磁场可调的圆柱型电磁等离子体推进器。在常规霍尔推进器的基础上，对其放电室通道做出根本性改变，由环形变为圆柱型，从而改变其内部电子约束方式，并在放电通道前后各安置一个电磁线圈来调节磁场，以适应不同的放电状态。本专利技术的一种低功率、磁场可调的圆柱型电磁等离子体推进器，包括前封盖、前线圈套筒、前线圈、环形阳极、陶瓷放电通道、纯铁套筒、铁芯、后线圈、后线圈套筒、后封盖、连接法兰、进气管、垫片以及螺钉。纯铁套筒内部有凸起挡环，陶瓷放电通道固定在纯铁套筒内，纯铁套筒内部的凸起挡环对陶瓷放电通道进行轴向定位。所述的陶瓷放电通道形成的放电室为圆柱型。在陶瓷放电通道的内部设计有环状凹槽，环形阳极嵌入所述的环形凹槽，用螺钉将环形阳极和陶瓷放电通道固定，利用其中一个螺钉压紧电线，可以对环形阳极施加正电压。所述环形凹槽上开有孔，并与环形阳极表面均匀分布的3个沉孔相对应，3根进气管从环形阳极的左侧分别插入环形阳极的3个沉孔中，并焊接密封。前线圈放入前线圈套筒内，前线圈套筒卡在陶瓷放电通道外侧与纯铁套筒之间，利用螺栓将前封盖固定在纯铁套筒上，压紧前线圈套筒；后线圈装在后线圈套筒内，装入纯铁套筒内，后线圈套筒和陶瓷放电通道之间留有2mm的间隙，目的是为了布置前线圈的电线。后封盖表面留有沉孔，将铁芯用螺栓和垫片通过沉孔固定在后封盖上，再直接卡在后线圈套筒上，安装完成后，铁芯和陶瓷放电通道之间有1mm的距离；前线圈的正负两级均从后封盖上对应的小孔进入。所述的后封盖、后线圈套筒以及纯铁套筒通过连接法兰，利用螺钉拧紧固定。在此基础之上，本专利技术对陶瓷放电室还做了一些改进，在陶瓷放电室出口端加上一个磁导环，但保持放电室长度和内径不变。所述磁导环由耐高温软磁材料做成。所述的3根进气管在所述推进器外部由1根进气管分流而成，这样的设置既可以很方便地控制阳极推进剂流量，也可以使放电室内的推进剂分布均匀。本专利技术的优点和积极效果在于：1、针对环形霍尔推进器难以将功率降低到100W以下的问题，本专利技术取消了环形霍尔推进器的中心柱，将放电室变成了圆柱型，并且解决了环形霍尔推进器在低功率下腐蚀率较高的问题。改进后的推进器电离效率显著提升，而且能在100W以下稳定工作，可以作为微小卫星等航天器调姿、变轨的动力来源，拓展了常规电磁推进器在低功率领域的应用。2、圆柱型电磁等离子体推进器外形小巧，质量较轻，内部结构紧凑，前后两个电磁线圈的布置可以很方便地调节磁场形状和大小。3、后线圈套筒的结构既为缠绕后线圈提供了合适的位置，也为进气管和电线提供了充足的空间，阻隔了线圈和进气管的接触，防止短路。4、前线圈套筒一方面可以作为缠绕前线圈的骨架，另一方面由于它是纯铁加工而成，扩大了前端磁路的吸附面积，使得放电室壁面附近的磁场近乎垂直于壁面，极大地提升了放电室内磁场的径向分量，有利于电子的约束，增大推进剂电离率。5、在不改变放电室长度和内径的前提下，在陶瓷放电室出口端嵌入由耐高温软磁材料制成的磁导环以后，可以优化放电室内的磁场结构，局部提升了放电室出口近壁区的磁场强度，有利于离子电离区和加速区的分离，提升推进器比冲。附图说明图1是本专利技术圆柱型电磁等离子体推进器的装配剖视图；图2是本专利技术添加了磁导环的推进器剖视图。图中：1-前封盖2-前线圈套筒3-前线圈4-环形阳极5-陶瓷放电通道6-纯铁套筒7-铁芯8-后线圈9-后线圈套筒10-后封盖11-连接法兰12-进气管13-垫片14-螺钉15-磁导环具体实施方式下面结合具体实施例和附图对本专利技术的技术方案进行说明。具体实施方式一：结合图1对本实施方式进行说明，本实施方式的一种低功率、磁场可调的圆柱型电磁等离子体推进器，包括前封盖1、前线圈套筒2、前线圈3、环形阳极4、陶瓷放电通道5、纯铁套筒6、铁芯7、后线圈8、后线圈套筒9、后封盖10、连接法兰11、进气管12、垫片13以及螺钉14；其中，陶瓷放电通道5形成的放电室为圆柱型。纯铁套筒6内部有凸起挡环，以纯铁套筒6为基准，陶瓷放电通道5固定在纯铁套筒6内，纯铁套筒6内部的凸起挡环对陶瓷放电通道5进行轴向定位。前线圈3放入前线圈套筒2内，前线圈套筒2卡在陶瓷放电通道5外侧与纯铁套筒6之间，利用螺栓将前封盖1固定在纯铁套筒6上，既起到压紧前线圈套筒2的作用，也节省了螺栓等连接件所需的空间。在陶瓷放电通道5的内部，将环形阳极4嵌入预先设计好的环状凹槽，用3个小螺钉从环形阳极4左侧将环形阳极4和陶瓷放电通道5拧紧固定，利用其中一个螺钉压紧电线，就可以对环形阳极4施加正电压，而且因为陶瓷放电通道5本身具有绝缘性，所以该电路连接不会与前后线圈发生短路；3根进气管12从环形阳极4左侧插入环形阳极4表面均匀分布的沉孔，并焊接密封。3根进气管在所述推进器外部由1根气管分流而成，这样的设置既可以很方便地控制阳极推进剂流量，也可以使放电室内的推进剂分布均匀；注意要保证3根进气管12穿过后封盖10上对应的小孔。将绕好的后线圈8装在后线圈套筒9内，一并装入纯铁套筒6内，安装好以后，后线圈套筒9和陶瓷放电通道5之间还留有2mm的间隙，目的是为了布置前线圈3的电线，前线圈3的正负两级均从后封盖10上对应的小孔进入。后封盖10表面还留有沉孔，方便安装铁芯7，将两者用螺栓和垫片固定好以后，可直接卡在后线圈套筒9上，安装完成后，铁芯7和陶瓷放电通道5之间有1mm的距离。最后，将连接法兰11与后封盖10、后线圈套筒9以及纯铁套筒6对准，利用螺钉拧紧固定。由于后线圈8匝数较多，缠绕紧密，因此所述推进器产生的热量集中在尾部，连接法兰11采用黄铜材料有利于热量向外部支撑传递。前线圈3和后线圈8均由铜丝按照一定匝数缠绕而成，当改变线圈电流时，放电通道5内的磁场随之变化，可根据本专利技术所述推进器的工况来调整磁场，使其达到最优状态。前线圈套筒2由纯铁材料加工而成，导磁性优良，安置在放电通道5外围，一方面可以增大磁力线吸附面积，使放电通道5内的磁场径向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低功率、磁场可调的圆柱型电磁等离子体推进器，其特征在于：包括前封盖、前线圈套筒、前线圈、环形阳极、陶瓷放电通道、纯铁套筒、铁芯、后线圈、后线圈套筒、后封盖、连接法兰、进气管、垫片以及螺钉；所述的陶瓷放电通道形成的放电室为圆柱型；纯铁套筒内部有凸起挡环，陶瓷放电通道固定在纯铁套筒内，纯铁套筒内部的凸起挡环对陶瓷放电通道进行轴向定位；在陶瓷放电通道的内部设计有环状凹槽，环形阳极嵌入所述的环形凹槽，用螺钉将环形阳极和陶瓷放电通道固定，利用其中一个螺钉压紧电线，对环形阳极施加正电压；所述环形凹槽上开有孔，并与环形阳极表面均匀分布的3个沉孔相对应，3根进气管从环形阳极的左侧分别插入环形阳极的3个沉孔中，并焊接密封；前线圈放入前线圈套筒内，前线圈套筒卡在陶瓷放电通道外侧与纯铁套筒之间，利用螺栓将前封盖固定在纯铁套筒上，压紧前线圈套筒；后线圈装在后线圈套筒内，装入纯铁套筒内，后线圈套筒和陶瓷放电通道之间留有2mm的间隙；后封盖表面留有沉孔，将铁芯用螺栓和垫片通过沉孔固定在后封盖上，再直接卡在后线圈套筒上，铁芯和陶瓷放电通道之间有1mm的距离；前线圈的正负两级均从后封盖上对应的小孔进入；所述的后封盖、后线圈套筒以及纯铁套筒通过连接法兰，利用螺钉拧紧固定。...

【技术特征摘要】
1.一种低功率、磁场可调的圆柱型电磁等离子体推进器，其特征在于：包括前封盖、前线圈套筒、前线圈、环形阳极、陶瓷放电通道、纯铁套筒、铁芯、后线圈、后线圈套筒、后封盖、连接法兰、进气管、垫片以及螺钉；所述的陶瓷放电通道形成的放电室为圆柱型；纯铁套筒内部有凸起挡环，陶瓷放电通道固定在纯铁套筒内，纯铁套筒内部的凸起挡环对陶瓷放电通道进行轴向定位；在陶瓷放电通道的内部设计有环状凹槽，环形阳极嵌入所述的环形凹槽，用螺钉将环形阳极和陶瓷放电通道固定，利用其中一个螺钉压紧电线，对环形阳极施加正电压；所述环形凹槽上开有孔，并与环形阳极表面均匀分布的3个沉孔相对应，3根进气管从环形阳极的左侧分别插入环形阳极的3个沉孔中，并焊接密封；前线圈放入前线圈套筒内，前线圈套筒卡在陶瓷放电通道外侧与纯铁套筒之间，利用螺栓将前封盖固定在纯铁套筒上，压紧前线圈套筒；后线圈装在后线圈套筒内，装入纯铁套筒内，后线圈套筒和陶瓷放电通道之间留有2mm的间隙；后封盖表面留有沉孔，将铁芯用螺栓和垫片通过沉孔固定在后封盖上，再直接卡在后线圈套筒上，铁芯和陶瓷放电通道之间有1mm的距离；前线圈的正负两级均从后封盖上对应的小孔进入；所述的后封盖、后线圈套筒以及纯铁套筒通过连接法兰，利用螺钉拧紧固定。2.根据权利要求1所述的一种低功率、磁场可调的圆柱型电磁等离子体推进器，其特征在于：所述圆柱型电磁等离子体推进器的结构还包括磁导环，在所述的陶瓷放电通道出口处留有台阶，磁导环嵌入台阶中，保持放电室长度和内径不变；所述磁导环由耐高温软磁材料做成。3.根据权利要求1或2所述的一种低功率、磁场可调的圆柱型电磁等离子体推进器，其特征在于：所述圆柱型电磁等离子体推进器的额...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤海滨，姜逸伟，任军学，杨文将，
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