本发明专利技术实施例提供了一种基于多阳极电极结构的烧蚀型脉冲等离子体推进器，包括：阴极、多阳极结构和绝缘部件，阴极外接负高压，多阳极结构接地。阴极为圆柱型结构，在阴极三结合点处形成强电场，引发场致发射，使初始电子轰击绝缘部件和解吸附的气体分子，生成等离子体贯穿真空间隙，形成真空电弧；多阳极结构包括：第一阳极和第二阳极，第一阳极为喷嘴状，维持阴极三结合点处的电场强度，第二阳极为环状，置于与阴极结构间隔预设距离的位置，完成放电过程；绝缘部件为圆筒状，包覆于阴极的外部，并嵌置于第一阳极的内部，用于提供生成等离子体的原料，以及对阴极和第一阳极进行绝缘和机械固定。本发明专利技术可实现等离子体传播过程中完全束缚。
【技术实现步骤摘要】
一种基于多阳极电极结构的烧蚀型脉冲等离子体推进器
本专利技术涉及微小卫星推进器
，尤其涉及一种基于多阳极电极结构的烧蚀型脉冲等离子体推进器。
技术介绍
APPT(AblativePulsePlasmaThruster，烧蚀型脉冲等离子体推进器)的结构简单，体积小，可靠性高，是很有前景的电推进器之一。近年来，微小卫星的快速发展对APPT的推进效果提出了更高的要求。然而，等离子体羽流中带电粒子的双极扩散对推进器的推进效果产生了较大影响。实际上，束流发散已经成为烧蚀型脉冲等离子体推进器不利的特点之一。因此，对等离子体羽流优化从而增加它的密度对提高烧蚀型脉冲等离子体推进器推进效果起了很关键的作用。在等离子体研究过程中，Z箍缩是一个重要的等离子体束缚方法。现有技术中，Haines已经描述了轴向电流层对等离子体柱的束缚特性。Keidar建立了一个模型，包括等离子体焦耳加热，聚四氟乙烯热传递和聚四氟乙烯烧蚀。他总结出箍缩效果和推力功率比随着脉冲功率的增大而增加。Markusic研究了三种烧蚀型脉冲等离子体推进器结构下电流层的束缚效果，发现存在突起阳极的推进器能够增加效率和比冲。然而，以上研究的束缚都局限在推进器内部，等离子体喷出喷嘴后的扩散问题并没有考虑。通过附加电路或者永磁体产生外部磁场是另一种优化等离子体羽流的有效方法。Hu研究了具有不同直径磁环的推进器的推进效果，发现磁场强度会影响工质的利用率。Takahashi测量了扩散状的磁喷嘴中等离子体流产生的轴向磁场，检测到了靠近喷口处轴向磁场强度有所减小，然而磁喷嘴的上端磁场强度有所增大。然而，永磁体或者外部电路生成磁场会增大体积，质量和复杂度，不利于其在烧蚀型脉冲等离子体推进器中的应用。因此，有必要设计一种多阳极方法的烧蚀型脉冲等离子体推进器，能够重新引导电流路径从而形成喷口外的等离子体束缚，在没有使用任何外部措施的情况下实现高度箍缩的等离子体射流，解决传统的Z箍缩不能有效作用于离开喷口的等离子体的问题，以及外部磁场带来的质量和体积增大的问题。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了一种基于多阳极电极结构的烧蚀型脉冲等离子体推进器，以解决上述
技术介绍
中的问题。为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案：本专利技术的实施例提供的一种基于多阳极电极结构的烧蚀型脉冲等离子体推进器，其特征在于，该脉冲等离子体推进器为同轴电极结构，包括：阴极、多阳极结构和绝缘部件，所述阴极通过接线柱与外电路的负高压端子相连接，所述多阳极结构通过导线与外电路的地端相连接；所述阴极为圆柱型结构，内嵌于所述绝缘部件的一端，用于在阴极三结合点处形成强电场，引发场致发射生成初始电子，并使初始电子轰击所述绝缘部件和解吸附的气体分子，生成等离子体贯穿真空间隙，形成真空弧；所述多阳极结构包括：第一阳极和第二阳极，其中，所述第一阳极为喷嘴状结构，置于所述绝缘部件的另一端，用于在真空弧电流形成前维持阴极三结合点处的电场强度；所述第二阳极为环状结构，置于与所述阴极间隔预设距离的位置，用于完成放电过程；所述绝缘部件为圆筒状结构，包覆于所述阴极的外部，并嵌置于所述第一阳极的内部，用于提供生成等离子体的原料，以及对所述阴极和所述第一阳极进行绝缘和机械固定。优选地，所述阴极与所述绝缘部件紧密接触，所述阴极的一端与所述绝缘部件的一端对齐；所述阴极的另一端位于所述绝缘部件的内部，且与所述绝缘部件另一端管口的轴向距离为：0-20mm；所述阴极的直径为：1-20mm。优选地，所述阴极采用高熔点的金属材料制成，用于在放电过程中提供初始电子；连通负高压时，所述阴极在阴极三结合点处释放出初始电子。优选地，所述绝缘部件的一端包覆所述阴极形成封闭结构，所述绝缘部件的另一端内嵌于所述第一阳极的内部形成空心结构；所述绝缘部件的内径与所述阴极的直径相等；所述绝缘部件的壁厚为：1-10mm。优选地，所述绝缘部件采用聚四氟乙烯材质制成，用于在放电过程中被烧蚀，提供生成等离子体的原料；所述阴极连通负高压释放出初始电子时，初始电子轰击所述绝缘部件和所述绝缘部件表面解吸附的气体分子，在所述绝缘部件的圆筒内表面生成等离子体，其中，等离子体包括：二次电子和带电粒子。优选地，所述第一阳极的一端为筒状，另一端为喇叭状，所述绝缘部件内嵌于所述第一阳极筒状部分的内部；所述第一阳极为绝缘阳极，进行完全绝缘包裹处理；所述第一阳极的筒状部分内径与所述绝缘部件的外径相等；所述第一阳极的轴线与所述阴极的中心轴线重合；所述第一阳极，用于维持阴极三结合点处的电场强度，抑制极间电压的下降，使等离子体继续生成。优选地，所述第二阳极为环状，环状内径与所述阴极的直径相同，环状外径与环状内径之差为10mm，其轴向长度小于其外径；所述第二阳极为远端阳极，与所述阴极之间的轴线距离为：10-100mm；所述第二阳极的轴线与所述阴极的中心轴线重合；所述第二阳极完全裸露，用于与所述阴极电气连通，形成电流层。优选地，所述电流层，用于对所述阴极与所述第二阳极之间的等离子体形成束缚。优选地，所述多阳极结构，用于在所述阴极连通负高压时，在所述第一阳极与所述第二阳极之间形成一个电场矢量方向相反的A区域；所述A区域在等离子体到达之前基本保持不变，当等离子体传播至所述A区域所在的位置并继续向所述第二阳极传播时，所述A区域随着等离子体前端一起运动，等离子体前端的一部分电子在所述A区域与所述第二阳极之间的电场的作用下被抽离，到达所述第二阳极，在所述阴极和所述第二阳极之间形成真空弧，使所述第二阳极与所述阴极电气连通。优选地，该等离子体推进器在高真空条件下进行放电，其中，将高真空条件的气压值设置为：10-4Pa。由上述本专利技术的实施例提供的技术方案可以看出，本专利技术实施例提供的一种基于多阳极电极结构的烧蚀型脉冲等离子体推进器，包括：阴极、多阳极结构和绝缘部件，阴极外接负高压，多阳极结构接地；阴极为圆柱型结构，在阴极三结合点处形成强电场，引发场致发射，使初始电子轰击绝缘部件和解吸附的气体分子，生成等离子体贯穿真空间隙，形成真空弧；多阳极结构包括：第一阳极和第二阳极，第一阳极为喷嘴状，维持阴极三结合点处的电场强度，第二阳极为环状，置于与阴极结构间隔预设距离的位置，完成放电过程；绝缘部件为圆筒状，包覆于阴极的外部，并嵌置于第一阳极的内部，用于提供生成等离子体的原料，以及对阴极和第一阳极进行绝缘和机械固定。本专利技术采用了两个阳极分别实现沿面放电的触发和电路的导通，能够重新引导电流路径从而形成第一阳极喷口外的等离子体束缚，在没有使用任何外部措施的情况下实现高度箍缩的等离子体射流，解决传统的Z箍缩不能有效作用于离开喷口的等离子体的问题，以及外部磁场带来的质量和体积增大的问题。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术的实施例提供的一种基于多阳极电极结构的烧蚀型脉冲等离子体推进器的结构示意图；图2为本专利技术的实施例提供的多阳本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于多阳极电极结构的烧蚀型脉冲等离子体推进器，其特征在于，该脉冲等离子体推进器为同轴电极结构，包括：阴极、多阳极结构和绝缘部件，所述阴极通过接线柱与外电路的负高压端子相连接，所述多阳极结构通过导线与外电路的地端相连接；所述阴极为圆柱型结构，内嵌于所述绝缘部件的一端，用于在阴极三结合点处形成强电场，引发场致发射生成初始电子，并使初始电子轰击所述绝缘部件和解吸附的气体分子，生成等离子体贯穿真空间隙，形成真空弧；所述多阳极结构包括：第一阳极和第二阳极，其中，所述第一阳极为喷嘴状结构，置于所述绝缘部件的另一端，用于在真空弧电流形成前维持阴极三结合点处的电场强度；所述第二阳极为环状结构，置于与所述阴极间隔预设距离的位置，用于完成放电过程；所述绝缘部件为圆筒状结构，包覆于所述阴极的外部，并嵌置于所述第一阳极的内部，用于提供生成等离子体的原料，以及对所述阴极和所述第一阳极进行绝缘和机械固定。
【技术特征摘要】
1.一种基于多阳极电极结构的烧蚀型脉冲等离子体推进器，其特征在于，该脉冲等离子体推进器为同轴电极结构，包括：阴极、多阳极结构和绝缘部件，所述阴极通过接线柱与外电路的负高压端子相连接，所述多阳极结构通过导线与外电路的地端相连接；所述阴极为圆柱型结构，内嵌于所述绝缘部件的一端，用于在阴极三结合点处形成强电场，引发场致发射生成初始电子，并使初始电子轰击所述绝缘部件和解吸附的气体分子，生成等离子体贯穿真空间隙，形成真空弧；所述多阳极结构包括：第一阳极和第二阳极，其中，所述第一阳极为喷嘴状结构，置于所述绝缘部件的另一端，用于在真空弧电流形成前维持阴极三结合点处的电场强度；所述第二阳极为环状结构，置于与所述阴极间隔预设距离的位置，用于完成放电过程；所述绝缘部件为圆筒状结构，包覆于所述阴极的外部，并嵌置于所述第一阳极的内部，用于提供生成等离子体的原料，以及对所述阴极和所述第一阳极进行绝缘和机械固定。2.根据权利要求1所述的基于多阳极电极结构的烧蚀型脉冲等离子体推进器，其特征在于，所述阴极与所述绝缘部件紧密接触，所述阴极的一端与所述绝缘部件的一端对齐；所述阴极的另一端位于所述绝缘部件的内部，且与所述绝缘部件另一端管口的轴向距离为：0-20mm；所述阴极的直径为：1-20mm。3.根据权利要求2所述的基于多阳极电极结构的烧蚀型脉冲等离子体推进器，其特征在于，所述阴极采用高熔点的金属材料制成，用于连通负高压时，在阴极三结合点处释放出初始电子。4.根据权利要求2所述的基于多阳极电极结构的烧蚀型脉冲等离子体推进器，其特征在于，所述绝缘部件的一端包覆所述阴极形成封闭结构，所述绝缘部件的另一端内嵌于所述第一阳极的内部形成空心结构；所述绝缘部件的内径与所述阴极的直径相等；所述绝缘部件的壁厚为：1-10mm。5.根据权利要求4所述的基于多阳极电极结构的烧蚀型脉冲等离子体推进器，其特征在于，所述绝缘部件采用聚四氟乙烯材质制成，用于在放电过程中被烧蚀，提供生成等离子体的原料；所述阴极连通负高压释放出初始电子时，初始电子轰击所...
【专利技术属性】
技术研发人员：崔伟胜，刘文正，高永杰，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京,11
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