本发明专利技术公开的一种双段同轴式有齿阴极脉冲等离子体推力器，属于微小型卫星航天推进技术领域。本发明专利技术主要由一级阴极、一级阳极、绝缘包覆层、二级阴极、二级阳极、推进剂、绝缘外部壳体、绝缘底座、供给弹簧及火花塞构成。一级阴极内表面有尖齿，利用尖端放电的原理使其相对于普通圆柱内表面更易放电，提高系统安全性；且使用有齿阴极使电极间电场与电流更均匀，改善推进剂的不均匀烧蚀，减小连续工作过程中固体推进剂端面的内凹，显著提高可靠性，延长工作寿命。二级阴极为扩张喷管状，使在一级电极间放电产生的带电粒子及中性气体加速更为充分，且一级电极与二级电极分别由各自独立的电容进行充电，提高能量分配的合理性，提高推力器整体加速效率。器整体加速效率。器整体加速效率。
【技术实现步骤摘要】
一种双段同轴式有齿阴极脉冲等离子体推力器
[0001]本专利技术涉及一种双段同轴式有齿阴极脉冲等离子体推力器，属于微小型卫星航天推进
技术介绍
[0002]近年来，随着航天技术的快速发展，微小型卫星及电推进技术取得了长足的进步。目前，国内外十分重视微小型卫星的发展应用，其空间发射数量逐年增长。微小型卫星具有体积小重量低、成本低、研制周期短、发射灵活等优点，且可以以若干颗微小型卫星组成卫星星座，通过卫星间的协同，可胜任通信、遥感、对地观测等任务。因为微小型卫星本身的特点与任务需求，其推进系统需满足重量轻、体积小、功耗低、寿命长、推力精确等要求。传统的推进技术由于其自身工作原理等限制，很难同时满足以上多个需求。作为最早在轨运行的电推进系统，脉冲等离子体推力器具有比冲高、推力小、功率低、控制灵活、体积紧凑、推力精确等特点，可满足微小型卫星对推进系统的需求，目前已广泛用于姿态控制、位置保持、轨道转移等在轨任务中，是电推进系统的一个重要发展方向。但随着电推进技术的不断发展，传统构型的脉冲等离子体推力器工作效率低、推力水平低、相对于其他类型的电推进推力器失效率高等缺点逐渐显现。
技术实现思路
[0003]本专利技术公开的一种双段同轴式有齿阴极脉冲等离子体推力器，其主要解决的技术问题为：提高脉冲等离子体推力器点火可靠性与能量转化效率，延长其工作寿命。
[0004]本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。
[0005]本专利技术公开的一种双段同轴式有齿阴极脉冲等离子体推力器，所述推力器结构主要由一级阴极、一级阳极、绝缘包覆层、二级阴极、二级阳极、推进剂、绝缘外部壳体、绝缘底座、供给弹簧及火花塞构成。
[0006]推力器整体由两段组成且呈同轴状；第一段电极作用为烧蚀推进剂且对其产生的带电粒子进行初步加速，第二段电极作用为对前一段电极放电产生的带电粒子进行二次加速；第一段电极由一级阴极和一级阳极组成，一级阳极呈截面为圆环的中空管状；一级阴极内部有一段有尖齿状突起，外侧为光滑圆柱面，侧面有一个螺纹通孔以安装火花塞；火花塞为推力器点火启动装置；推进剂位于一级阴极与一级阳极之间，为有孔圆柱状，其内侧尺寸与一级阳极外侧圆柱面配合，外侧尺寸与一级阴极内侧圆柱面部分配合；推进剂尾部与绝缘底座之间有供给弹簧，其作用为对推进剂尾部施加持续的力，使其头部顶住一级阴极内部的齿状突起，起到轴向固定的作用；一级阳极与二级阳极之间有绝缘包覆层，其形状为有一定厚度的直管状，尺寸与一级阳极、二级阳极配合，起到对一级阳极和二级阳极绝缘与固定的作用；绝缘底座底部中心有通孔，通过此孔安装二级阳极、绝缘包覆层和一级阳极；为便于安装与连接电路，推力器尾部的二级阳极、绝缘包覆层和一级阳极呈阶梯状布置；二级阴极为厚度一定且轴向截面圆环直径逐渐增大、径向截面为等腰梯形的喇叭状；一级阴极、
二级阴极与火花塞直接安装在绝缘外部壳体上；外部壳体起到绝缘隔离一级阴极与二级阴极的作用，且将推力器电极与外部隔离；一级电极、二级电极分别由各自的储能电容提供电压，且火花塞点火电路与电极充电电路相互独立。
[0007]一级阴极内表面有尖齿，利用尖端放电的原理使其相对于普通圆柱内表面更易放电，从而降低电容放电电压，提高系统安全性。
[0008]一级阴极内表面有尖齿，不同于普通圆柱阴极推进剂烧蚀面从外至内电场强度和电流密度逐渐增加导致推进剂表面烧蚀不均匀，多次放电后烧蚀端面内凹严重导致其放电失效无法工作，使用有齿阴极使电极间电场与电流相对更均匀，从而改善推进剂的不均匀烧蚀情况，减少了连续工作过程中固体推进剂端面内凹情况，显著提高系统可靠性，延长推力器工作寿命。
[0009]二级阴极为扩张喷管状，运用气体膨胀加速的气体动力学原理与二级电极的放电，使在一级电极间放电产生的带电粒子及中性气体加速更为充分，且一级电极与二级电极分别由各自独立的电容进行充电，提高能量分配的合理性，提高推力器整体加速效率。
[0010]本专利技术公开的一种双段同轴式有齿阴极脉冲等离子体推力器工作方法为：首先，分别为一级电极、二级电极提供电压的储能电容充电，将火花塞与点火电路连接；电极间存在电势差，但在真空条件下不可导通，无法自行击穿；控制火花塞点火，产生少量带电粒子；产生的带电粒子散布于一级电极间，使一级电极导通产生大电流，进行放电；放电烧蚀推进剂表面，产生中性气体，在电极间高压的作用下，中性气体一部分被电离成为等离子体气团；一级阴极内表面存在尖齿状突起，其导致的尖端放电能使一级电极的放电更易发生，从而降低成功放电所需的最低电压；有齿阴极使电极间电场与电流相对更均匀，从而改善推进剂的不均匀烧蚀情况，减少连续工作过程中固体推进剂端面的内凹；产生的等离子体气团离开推进剂表面，在一级电极间的电场与自感磁场的共同作用下加速沿轴向向二级电极喷出，中性气体受电热作用也沿轴向向二级电极运动；当等离子体气团到达二级电极时，由于二级电极储能电容的作用，二级电极间也存在电势差，此时等离子体气团在二级电极间电场和自感磁场的作用下再次沿轴向加速直至喷出推力器后缘，产生脉冲推力；此外，中性气体在到达二级电极时由于电极放电作用会经历第二次受热膨胀，由于二级阴极为尺寸均匀增加的喷管状，中性气体的热能可更好地转换为沿轴向离开推力器的动能，提高推力器整体加速效率。
[0011]有益效果：
[0012]1、本专利技术公开的一种双段同轴式有齿阴极脉冲等离子体推力器，相对传统构型同轴式脉冲等离子体推力器的光滑阴极，其一级阴极内表面有尖齿，利用尖端放电的原理使其相对于普通圆柱内表面更易放电，从而降低电容放电电压，提高系统安全性。
[0013]2、专利技术公开的一种双段同轴式有齿阴极脉冲等离子体推力器，相对传统构型同轴式脉冲等离子体推力器的光滑阴极，其一级阴极内表面有尖齿，不同于普通圆柱阴极推进剂从外至内电场强度和电流密度逐渐增加导致推进剂表面烧蚀不均匀，多次放电后烧蚀端面内凹严重导致其放电失效无法工作，使用有齿阴极使电极间电场与电流相对更均匀，从而改善推进剂的不均匀烧蚀情况，减少连续工作过程中固体推进剂端面内凹，显著提高系统可靠性，延长推力器工作寿命。
[0014]3、本专利技术公开的一种双段同轴式有齿阴极脉冲等离子体推力器，相对传统构型同
轴式脉冲等离子体推力器，其二级阴极为扩张喷管状，使在一级电极间放电产生的带电粒子及中性气体加速更为充分，且一级电极与二级电极分别由各自独立的电容进行充电，提高能量分配的合理性，提高推力器整体加速效率。
[0015]4、本专利技术公开的一种双段同轴式有齿阴极脉冲等离子体推力器适用于微小型卫星的空间应用场合，满足其需要的功耗、体积、重量、推力与效率水平的需求，可胜任微小型卫星的主推进装置和辅助推力装置，可应用于姿态控制，轨道转移，位置保持等任务。
附图说明
[0016]图1为双段式有齿阴极脉冲等离子体推力器结构示意图；
[0017]图2为双段式有齿阴极脉冲等离子体推力器后部三维示意图；
[0018]图3为双段式有齿阴极脉冲等离子体推力器前部本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种双段同轴式有齿阴极脉冲等离子体推力器，其特征在于：主要由一级阴极(5)、一级阳极(3)、绝缘包覆层(2)、二级阴极(6)、二级阳极(1)、推进剂(4)、绝缘外部壳体(7)、绝缘底座(8)、供给弹簧(9)及火花塞(10)构成；推力器整体由两段组成且呈同轴状；第一段电极作用为烧蚀推进剂(4)且对其产生的带电粒子进行初步加速，第二段电极作用为对前一段电极放电产生的带电粒子进行二次加速；第一段电极由一级阴极(5)和一级阳极(3)组成，一级阳极(3)呈截面为圆环的中空管状；一级阴极(5)内部有一段有尖齿状突起，外侧为光滑圆柱面，侧面有螺纹通孔以安装火花塞(10)；火花塞(10)为推力器点火启动装置；推进剂(4)位于一级阴极(5)与一级阳极(3)之间，为有孔圆柱状，其内侧尺寸与一级阳极(3)外侧圆柱面配合，外侧尺寸与一级阴极(5)内侧圆柱面配合；推进剂(4)尾部与绝缘底座(8)之间有供给弹簧(9)，其作用为对推进剂(4)尾部施加持续的力，使其前端顶住一级阴极(5)内部的齿状突起，起到轴向固定的作用；一级阳极(3)与二级阳极(1)之间有绝缘包覆层(2)，其形状为有一定厚度的直管状，尺寸与一级阳极(3)、二级阳极(1)配合，起到对一级阳极(3)和二级阳极(1)绝缘与固定的作用；绝缘底座(8)底部中心有通孔，通过此孔安装二级阳极(1)、绝缘包覆层(2)和一级阳极(3)；为便于安装与连接电路，推力器尾部的二级阳极(1)、绝缘包覆层(2)和一级阳极(3)呈阶梯状布置；二级阴极(6)为厚度一定且轴向截面圆环直径逐渐增大、径向截面为等腰梯形的喇叭状；一级阴极(5)、二级阴极(6)与火花塞(10)直接安装在绝缘外部壳体(7)上；外部壳体起到绝缘隔离一级阴极(5)与二级阴极(6)的作用，且将推力器电极与外部隔离；一级电极、二级电极分别由各自的储能电容提供电压，且火花塞(10)点火电路与电极充电电路相互独立。2.如权利要求1所述的一种双段同轴式有齿阴极脉冲等离子体推力器，其特征在于：一级阴极(5)内表面有尖齿，利用尖端放电的原理使其相对于普通圆柱内表面更易放电，从而降低电容放电电压，提高系统安全...
【专利技术属性】
技术研发人员：虎添翼，武志文，黄天坤，王云冰，孙伟，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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