超低轨可变推力吸气式磁等离子体推力器制造技术

本实用新型专利技术提供一种超低轨可变推力吸气式磁等离子体推力器，包括吸气道，设有进气口与出气口，用于对稀薄空气进行压缩并将其吸入推力器；放电腔，与出气口连通，由阴极体、阳极体与电源组成，所述阴极体、阳极体均与电源电性相连，用于将压缩后的稀薄空气电离成等离子体并在电场的作用下将等离子体加速喷出，所述放电腔内设有磁场以进一步提升等离子体加速喷出的效果；限流阀，位于吸气道与放电腔之间，所述限流阀的进气端与出气口连通，所述限流阀的出气端与放电腔连通，用于控制进入放电腔的压缩空气团的质量流量。实现了推力器对环境中稀薄空气的捕获、存储、电离和加速等过程，从而稳定产生推力。本实用新型专利技术应用于航天技术与等离子体领域。

【技术实现步骤摘要】
超低轨可变推力吸气式磁等离子体推力器
本技术涉及航天技术与等离子体领域，尤其涉及一种超低轨可变推力吸气式磁等离子体推力器。
技术介绍
随着空间轨道的卫星数量日渐饱和，超低轨道成为了卫星拓展运行范围、提升任务能力的新选择。相对于其他轨道而言，卫星在超低轨道上运行，能够显著降低卫星的发射成本，提升其导航定位精度与响应速度，在天气预测、两极冰覆盖监控、火灾监控、农业监控、电子通信、定位导航、遥感等领域都有着广阔的应用前景。然而，超低轨道空间环境的特殊性和复杂性使得卫星持久驻留将面临寿命短、推进剂补给困难且在轨维护成本高等问题，严重制约了空间超低轨道卫星的发展。追求性能稳定、寿命长、重量轻且成本低的推进系统是当前航空航天领域的前沿研究重点。尽可能利用空间环境中存在的物质为基础发展新的推进方案，能够有效减少卫星相关成本，增大寿命，为超低轨道卫星的轨道控制提供了新的方案。但是相关研究尚少，且无法实现推力精确可变，不能满足超低轨卫星的多项飞行任务动力需求。
技术实现思路
针对现有技术中，本技术的目的是提供一种超低轨可变推力吸气式磁等离子体推力器。其采用的技术方案是：超低轨可变推力吸气式磁等离子体推力器，包括：吸气道，位于推力器的首端，设有进气口与出气口，用于对稀薄空气进行压缩并将其吸入推力器；放电腔，位于推力器的尾端并与出气口连通，由阴极体、阳极体与电源组成，所述阴极体、阳极体均与电源电性相连，用于将压缩后的稀薄空气电离成等离子体并在电场的作用下将等离子体加速喷出，所述放电腔内设有加速磁场以进一步提升等离子体加速喷出的效果；限流阀，位于吸气道与放电腔之间，所述限流阀的进气端与出气口连通，所述限流阀的出气端与放电腔连通，用于控制进入放电腔的压缩空气团的质量流量。进一步优选的，还包括分流器，所述分流器位于限流阀与放电腔之间；所述阴极体与阳极体均为空心柱状结构，所述阴极体位于阳极体的空腔内，所述阴极体外壁与阳极体内壁之间围成环形腔，所述放电腔由环形腔以及阳极体中剩余的空腔组成，所述阳极体的外壁上环绕有磁线圈，所述加速磁场由磁线圈生成；所述分流器的一端设有分流进口，所述分流器的另一端设有第一分流出口以及环绕在第一分流出口周围的第二分流出口，所述第一分流出口、第二分流出口均通过分流器内的分流结构与分流进口连通；所述分流进口与限流阀的出气端连通，所述第一分流出口与阴极体的空腔连通，所述第二分流出口与环形腔连通。进一步优选的，所述电源包括：点火电路，与阴极体、阳极体电性相连以用于对放电腔内的空气进行点火操作；主放电电路，与阴极体、阳极体电性相连以用于向放电腔提供电场。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，所述阴极体与第一电容的第二端子、第一充电电源的阴极耦合；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阳极体耦合。进一步优选的，所述主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阳极体耦合；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。进一步优选的，所述吸气道为喇叭状结构，所述进气口位于喇叭状结构的大端，所述出气口位于喇叭状结构的小端。进一步优选的，所述吸气道上靠近出气口位置的部分吸气道由储氮、储氧固溶体材料制成，剩余部分的吸气道由泡沫碳化硅材料制成，所述吸气道上的泡沫碳化硅材料中填充有碳分子筛。进一步优选的，所述吸气道上的泡沫碳化硅材料中碳分子筛的填充比例沿进气口到出气口的方向逐渐增大。进一步优选的，所述吸气道上位于进气口的位置上设有增强涂层。进一步优选的，所述阴极体为采用钨金属材料制成，所述阳极体由钛金属材料制成。本技术的有益技术效果：1.本技术结构简单，通过对压缩后的稀薄空气进行电离和加速，进而产生推力，无需携带推进剂，不但能够规避掉推进剂耗尽对推力器寿命的限制，而且能够省去复杂的推进器供给装置和地面装配，能够有效减小推力器整体重量和成本，进一步提升性能。2.本技术通过对稀薄空气吸收、压缩和存储，再利用限流阀实现压缩空气进入放电腔的流量控制，同时利用电源控制稀薄空气在放电腔内的放电功率，可有效实现对推力大小的精准控制，有效满足卫星不同任务的需求。3.本技术通过在放电腔内布置加速磁场，结合阳极体与阴极体之间产生的电场对空气放电产生的等离子体起到稳定的加速效果，进而获得推力。附图说明图1是本实施例中推力器的剖视图；图2是本实施例中分流器的分流过程的示意图；图3是本实施例中限流阀的结构示意图；图4是本实施例中电源中的电路示意图。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所示的超低轨可变推力吸气式磁等离子体推力器，包括吸气道1、限流阀2、分流器3、阴极体4、阳极体5、磁线圈6和电源7等部分，其中具体的：吸气道1呈横截面积逐渐变小的喇叭状结构，位于推力器的首端，其上设有进气口11与出气口12，进气口11位于喇叭状结构的大端，出气口12位于喇叭状结构的小端，有效实现对稀薄空气的压缩，增大来流空气的体密度；吸气道1上靠近出气口12位置的部分吸气道1由储氮、储氧固溶体材料制成，剩余部分的吸气道1由泡沫碳化硅材料制成，吸气道1上的泡沫碳化硅材料中填充有碳分子筛，通过填充碳分子筛进而有效增强吸气道1的吸气效率，其中，吸气道1上的泡沫碳化硅材料中碳分子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.超低轨可变推力吸气式磁等离子体推力器，其特征在于，包括：/n吸气道，位于推力器的首端，设有进气口与出气口，用于对稀薄空气进行压缩并将其吸入推力器；/n放电腔，位于推力器的尾端并与出气口连通，由阴极体、阳极体与电源组成，所述阴极体、阳极体均与电源电性相连，用于将压缩后的稀薄空气电离成等离子体并在电场的作用下将等离子体加速喷出，所述放电腔内设有加速磁场；/n限流阀，位于吸气道与放电腔之间，所述限流阀的进气端与出气口连通，所述限流阀的出气端与放电腔连通，用于控制进入放电腔的压缩空气团的质量流量。/n

【技术特征摘要】
1.超低轨可变推力吸气式磁等离子体推力器，其特征在于，包括：
吸气道，位于推力器的首端，设有进气口与出气口，用于对稀薄空气进行压缩并将其吸入推力器；
放电腔，位于推力器的尾端并与出气口连通，由阴极体、阳极体与电源组成，所述阴极体、阳极体均与电源电性相连，用于将压缩后的稀薄空气电离成等离子体并在电场的作用下将等离子体加速喷出，所述放电腔内设有加速磁场；
限流阀，位于吸气道与放电腔之间，所述限流阀的进气端与出气口连通，所述限流阀的出气端与放电腔连通，用于控制进入放电腔的压缩空气团的质量流量。


2.根据权利要求1所述超低轨可变推力吸气式磁等离子体推力器，其特征在于，还包括分流器，所述分流器位于限流阀与放电腔之间；
所述阴极体与阳极体均为空心柱状结构，所述阴极体位于阳极体的空腔内，所述阴极体外壁与阳极体内壁之间围成环形腔，所述放电腔由环形腔以及阳极体中剩余的空腔组成，所述阳极体的外壁上环绕有磁线圈，所述加速磁场由磁线圈生成；
所述分流器的一端设有分流进口，所述分流器的另一端设有第一分流出口以及环绕在第一分流出口周围的第二分流出口，所述第一分流出口、第二分流出口均通过分流器内的分流结构与分流进口连通；
所述分流进口与限流阀的出气端连通，所述第一分流出口与阴极体的空腔连通，所述第二分流出口与环形腔连通。


3.根据权利要求1所述超低轨可变推力吸气式磁等离子体推力器，其特征在于，所述电源包括：
点火电路，与阴极体、阳极体电性相连以用于对放电腔内的空气进行点火操作；
主放电电路，与阴极体、阳极体电性相连以用于向放电腔提供电场。


4.根据权利要求3所述超低轨可变推力吸气式磁等离子体推力器，其特征在于，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，所述阴极体与第一电容的第二端子、第一充电电源的阴极耦合；
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阳极体耦合。
<...

【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：新型
国别省市：湖南;43