用于大流量等离子推进器模拟真空的系统技术方案

本发明专利技术涉及外太空飞行器地面模拟等离子推进器的推力测量实验领域，公开了一种用于大流量等离子推进器模拟真空的系统，包括：供气系统、抽气系统和真空环境系统；其中，所述抽气系统连接于所述真空环境系统，以将所述真空环境系统抽气达到0.01pa单位级别的真空环境；所述供气系统连接于所述真空环境系统，以提供稳定的流量和连接于等离子推进器的工作气路。该用于大流量等离子推进器模拟真空的系统可以打破国外技术的壁垒，实现大流量等离子推进器模拟实验。

System for simulating vacuum in large flow plasma propeller

The invention relates to the experimental field of thrust measurement of an outer space vehicle ground simulated plasma thruster, and discloses a system for simulating a vacuum in a large flow plasma thruster, including a gas supply system, a pumping system, and a vacuum environment system. The vacuum environment system pumping up to a vacuum environment of 0.01pa unit level; the gas supply system is connected to the vacuum environment system to provide a stable flow and a working gas path connected to the plasma thruster. The system for simulating the vacuum of large flow plasma thrusters can break the barrier of foreign technology and realize the simulation experiment of large flow plasma thruster.

【技术实现步骤摘要】
用于大流量等离子推进器模拟真空的系统
本专利技术涉及外太空飞行器地面模拟等离子推进器的推力测量实验领域，具体地，涉及用于大流量等离子推进器模拟真空的系统。
技术介绍
传统的火箭是通过尾部喷出高速的气体实现向前推进的，但是这种推进方式导致太空飞行器的有效载荷非常低且危险性系数极高。离子推进器也是采用同样的喷气式原理，但是它并不是采用燃料燃烧而排出炽热的气体，而是通过电能作用于工质激发高速离子流向后推进。它所喷出的是一束带电粒子或是离子。它所提供的推动力或许相对较弱，但关键的是这种离子推进器所需要的燃料要比普通火箭少得多。只要离子推进器能够长期保持性能稳定，它最终将能够把太空飞船加速到更高的速度。因此其极大的提高了飞行器的有效载荷及其安全性，并且其可以不断的提高飞行器的速度。目前中国使用的几乎都是传统推进系统。由于等离子推进比传统推进的比冲大得多，所以它所需的推进剂将会少的多，从而增加卫星的有效载荷，提高卫星性能和效益。但是等离子推进也有它的缺点，比如它仅能应用于小推力系统。低推力、高比冲的性质使得等离子推进的主要应用为：位置保持、重定位和姿态控制。对一些在轨推进的任务，电推进有明显的优势。它可以获得比化学推进更准确的姿态和化学控制。对一些重定位的任务，重定位的速度会更快并且能量消耗也更少。此技术在国外已经相当成熟，相关技术已经应用到一些太空飞船上，比如日本的“隼鸟”太空探测器，欧洲的“智能1号”太空船和美国的“黎明号”等，相关技术已经取得了很大的进步。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于大流量等离子推进器模拟真空的系统，该用于大流量等离子推进器模拟真空的系统可以打破国外技术的壁垒，实现大流量等离子推进器模拟实验。为了实现上述目的，本专利技术提供一种用于大流量等离子推进器模拟真空的系统，该系统包括：供气系统、抽气系统和真空环境系统；其中，所述抽气系统连接于所述真空环境系统，以将所述真空环境系统抽气达到0.01pa单位级别的真空环境；所述供气系统连接于所述真空环境系统，以提供稳定的流量和连接于等离子推进器的工作气路。优选地，所述供气系统包括：稳流气路和工作回路；其中，所述稳流气路和工作回路都通过高频电磁阀连接于所述真空环境系统，以进行气路的瞬间切换。优选地，所述真空环境系统包括：真空规和卧式反应釜，其中，所述真空规连接于所述卧式反应釜，所述卧式反应釜连接于所述供气系统和抽气系统。优选地，所述卧式反应釜的长度为4.5m，直径为3m。优选地，所述稳流气路和工作回路切换过程中的瞬间气体的流速不变。优选地，所述卧式反应釜中的工作气体为氩气，且所述供气系统以4g/s的充气速度进行充气。通过上述技术方案，所提供的真空系统供气速度最大可达4g/s，同样的放电时间计算，理论上产生的最大推力应该为供气速度1g/s时的4倍。当气体在稳流回路的流速稳定在我们设定的流速后，打开高频电磁换向阀让气体瞬间转向工作回路，同时对应的放电装置在此之后的毫秒级别内放电，完成数据的测量。本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是说明本专利技术的一种用于大流量等离子推进器模拟真空的系统的原理图。附图标记说明A、供气系统；B、真空环境系统；C、抽气系统；1、第一真空规；2、第二真空规，3、第一高频电磁阀，4、第一电磁阀，5、热式质量流量计，6、第二高频电磁阀，7、第二电磁阀，8、第一闸板阀，9、第三真空规，10、第一罗茨泵，11、第一机械泵，12、第二闸板阀，13、第一冷阱，14、第一扩散泵，15、第三闸板阀，16、第四闸板阀，17、第五闸板阀，18、第二罗茨泵，19、第二机械泵，20、第二冷阱，21第二扩散泵，22、第四真空规，23、第六闸板阀。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。本专利技术提供一种用于大流量等离子推进器模拟真空的系统，该系统包括：供气系统、抽气系统和真空环境系统；其中，所述抽气系统连接于所述真空环境系统，以将所述真空环境系统抽气达到0.01pa单位级别的真空环境；所述供气系统连接于所述真空环境系统，以提供稳定的流量和连接于等离子推进器的工作气路。通过上述技术方案，所提供的真空系统供气速度最大可达4g/s，同样的放电时间计算，理论上产生的最大推力应该为供气速度1g/s时的4倍。当气体在稳流回路的流速稳定在我们设定的流速后，打开高频电磁换向阀让气体瞬间转向工作回路，同时对应的放电装置在此之后的毫秒级别内放电，完成数据的测量。在本专利技术的一种具体实施方式中，所述供气系统可以包括：稳流气路和工作回路；其中，所述稳流气路和工作回路都通过高频电磁阀连接于所述真空环境系统，以进行气路的瞬间切换。通过上述的实施方式可以实现真空系统的气压控制。在本专利技术的一种具体实施方式中，所述真空环境系统可以包括：真空规和卧式反应釜，其中，所述真空规连接于所述卧式反应釜，所述卧式反应釜连接于所述供气系统和抽气系统。本方案的技术方案为设计一个较大的卧式反应釜，其用来放置离子推进器。此反应釜一端用真空泵组进行抽气让其达到0.01pa单位级别的真空环境。另一端为供气系统可提供稳定的流量，此供气系统分为两个气路，一路为工作气路接入等离子推进器，一路为稳流回路，其用来稳定气体流速。在本专利技术的一种具体实施方式中，所述卧式反应釜的长度为4.5m，直径为3m。在该种实施方式中，所述稳流气路和工作回路切换过程中的瞬间气体的流速不变。在本专利技术的一种具体实施方式中，所述卧式反应釜中的工作气体为氩气，且所述供气系统以4g/s的充气速度进行充气。在本专利技术的一种优选实施方式中，如图1所示，A为供气系统，B为真空环境系统，C为抽气系统。将第一高频电磁阀3关闭，提前开启抽气系统C将真空环境系统B的绝对压力抽至0.001pa单位级别或0.001pa以下。根据等离子推进器的所需，选用不同的气体发生装置，将对应的气体发生装置接入本供气系统的热式质量流量计5。将热式质量流量计5、第一电磁阀4、第一高频电磁阀3、第二高频电磁阀6、第二电磁阀7开启，此刻第一闸板阀8为关闭的状态，气体发生装置——热式质量流量计5——第一电磁阀4——第二高频电磁阀6——第二电磁阀7——第三真空规9——第一罗茨泵10——第一机械泵11此为稳流回路。当热式质量流量计5稳定在4g/s时，将第二高频电磁阀6关闭，同时将第一高频电磁阀3打开，气体发生装置——热式质量流量计5——第一电磁阀4——第一高频电磁阀3——等离子推进器，此为工作回路。第一高频电磁阀3和第二高频电磁阀6其关闭与开启均为毫秒级别的，稳流回路与工作回路热式质量流量计的两端气压差几乎一样，所以可以认为当两个回路切换的瞬间气体的流速不变。对于真空环境系统B，根据理想气体方程计算可知，随着时间的推进其压力逐渐上升，令工作放电时的工作压力不得超过0.06pa，真空环境系统以直径3m，长度4.5m的卧式反应釜计算，工作气体为氩气，4g/s的充气速度，在8.112ms以内系统的环境压力低于0.06pa。在此8m本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于大流量等离子推进器模拟真空的系统，其特征在于，该系统包括：供气系统、抽气系统和真空环境系统；其中，所述抽气系统连接于所述真空环境系统，以将所述真空环境系统抽气达到0.01pa单位级别的真空环境；所述供气系统连接于所述真空环境系统，以提供稳定的流量和连接于等离子推进器的工作气路。

【技术特征摘要】
1.一种用于大流量等离子推进器模拟真空的系统，其特征在于，该系统包括：供气系统、抽气系统和真空环境系统；其中，所述抽气系统连接于所述真空环境系统，以将所述真空环境系统抽气达到0.01pa单位级别的真空环境；所述供气系统连接于所述真空环境系统，以提供稳定的流量和连接于等离子推进器的工作气路。2.根据权利要求1所述的用于大流量等离子推进器模拟真空的系统，其特征在于，所述供气系统包括：稳流气路和工作回路；其中，所述稳流气路和工作回路都通过高频电磁阀连接于所述真空环境系统，以进行气路的瞬间切换。3.根据权利要求1所述的用于大流量等离子推进器模拟真...

【专利技术属性】
技术研发人员：项佳伟，周秋俊，
申请(专利权)人：安徽华东光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：安徽,34