一种霍尔推力器环式分压气路绝缘结构制造技术

本发明专利技术的一种霍尔推力器环式分压气路绝缘结构，包括进气管、绝缘器本体和出气管，所述绝缘器本体内包括缓冲腔、环状气路和金属隔网，所述绝缘器本体在连通进气管的内腔设置的圆柱形的缓冲腔，缓冲腔连通外侧的环状气路，环状气路呈圆环状，环状气路上间隔设置若干金属隔网，气体通过进气管进入缓冲腔扰匀降速后，通入环状气路，经过间隔设置的若干金属隔网分压后通过出气管通出，在气体流通过程中，若干金属隔网复用为金属电极。本发明专利技术提供了一种增加工质气体流通速度、提升耐压性能的霍尔推力器环式分压气路绝缘结构。推力器环式分压气路绝缘结构。推力器环式分压气路绝缘结构。

【技术实现步骤摘要】
一种霍尔推力器环式分压气路绝缘结构


[0001]本专利技术涉及霍尔推力器
，特别涉及一种霍尔推力器环式分压气路绝缘结构。

技术介绍

[0002]霍尔推力器又称霍尔效应推力器，在推力器中推进剂被电场加速，霍尔推力器将电子约束在磁场中，并利用电子电离推进剂，加速离子产生推力，并中和羽流中的离子。
[0003]霍尔推力器是一种先进的电推进装置，被广泛应用在卫星位置保持和姿态控制领域，并以其结构简单、高比冲、高效率等优点成为未来空间飞行器的首选推进装置之一。与大气环境下工作的常规电器设备绝缘设计不同，霍尔推力器作为一种工作在高真空环境、等离子体环境下的特殊电气设备，由于真空中带电粒子平均自由程很大，电气绝缘的研究与设计也更加特殊化。
[0004]霍尔电推进系统工作时，一般采用气路电绝缘结构连接贮供单元与推力器之间，既保证供气的畅通又能够实现高电压绝缘。一般供气管路中氙气压力为102~103Pa量级的稀薄气体，容易发生电离击穿导致绝缘失效；同时推力器工作环境为高真空、等离子体包围的复杂环境，陶瓷管路的外表面污染导致结构绝缘失效而发生电导通。
[0005]现有气路绝缘结构主要采用轴向多级分压结构，通过增大其绝缘级数，提高气路电绝缘器的耐压能力，随之带来的影响是：轴向距离增长，使其抗力学性能变得很差；同时陶瓷外部采用保护罩设计减少等离子体轰击污染，安装结构复杂，长期工作下外部陶瓷绝缘性能下降，仍无法长期有效工作因此，针对霍尔推力器供气管路耐高压需求，气路绝缘器结构设计中，如何采用多级分压实现耐高压的同时，解决其结构的抗力学工程问题，以及在长期工作条件下外部陶瓷不受污染击穿，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于，针对现有技术中的问题，提供了一种霍尔推力器环式分压气路绝缘结构，在满足耐压要求的同时，提升气路绝缘器抗力学性能。
[0007]为此，本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：一种霍尔推力器环式分压气路绝缘结构，其特征在于：包括进气管、绝缘器本体和出气管，所述绝缘器本体内包括缓冲腔、环状气路和金属隔网，所述绝缘器本体在连通进气管的内腔设置的圆柱形的缓冲腔，缓冲腔连通外侧的环状气路，环状气路呈圆环状，环状气路上间隔设置若干金属隔网，气体通过进气管进入缓冲腔扰匀降速后，通入环状气路，经过间隔设置的若干金属隔网分压后通过出气管通出，在气体流通过程中，若干金属隔网复用为金属电极。
[0008]在采用上述技术方案的同时，本专利技术还采用或者组合采用如下技术方案：作为本专利技术的优选技术方案：所述绝缘器本体包括绝缘陶瓷环和陶瓷盖板，绝缘
陶瓷环包括中心内置的圆柱形缓冲腔和外置的环状气路，缓冲腔和环状气路为同心布局，且具有相同高度；缓冲腔通过导流孔与环状气路前端相连；环状气路为被陶瓷隔板分开的非闭合环形通道，在环状气路上等间距设置多级金属隔网，在环状气路末端的底部设置有出气孔，通过出气孔与出气管相连；所述陶瓷盖板为圆形盖板，中心设置有圆孔，通过该圆孔与进气管路连接，陶瓷盖板与绝缘陶瓷环具有相同的外径。
[0009]作为本专利技术的优选技术方案：绝缘陶瓷环在环状气路与缓冲腔的壁间设置导流孔，导流孔连通的环状气路的一侧设置挡板，挡板在另一侧设置出气孔，出气孔连接出气管，气体通过导流孔通入环状气路后从出气孔通出，形成单向流通通道。
[0010]作为本专利技术的优选技术方案：所述绝缘陶瓷环在环状气路上设置有卡槽插装金属隔网；所述金属隔网选用不锈钢材质。
[0011]作为本专利技术的优选技术方案：所述绝缘陶瓷环呈圆环状，绝缘陶瓷环与陶瓷盖板密封后构成绝缘器本体的圆盘形状。
[0012]作为本专利技术的优选技术方案：绝缘陶瓷环与出气管采用钎焊密封；陶瓷盖板与进气管采用钎焊密封。
[0013]作为本专利技术的优选技术方案：环状气路中气体雷诺数Re1计算公式如下：
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（8）其中，q
m
为气体质量流量，单位为mg/s；D为环状气路的当量直径，单位为m，A为环状气路的横截面积，单位为m2，η为气体的黏滞系数，单位为kg
·
m
‑1·
s
‑1；环状气路当量直径D满足如下关系：
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（9）其中，R2为环状气路内径，单位为m；R3为外径，单位为m；h为高度，单位为m；环状气路的横截面积A满足如下关系：
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（10）将公式（9）和公式（10）带入公式（8），进一步得到环状气路中气体雷诺数的计算公式如下：
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（11）环状气路中气体克努增系数计算公式如下：
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（12）其中：K
n1
为环状气路气体克努增系数；为环状气路中气体平均自由程，单位为m；
同种气体下气体的平均自由程满足如下公式：
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（13）其中，为气体碰撞截面，单位为m2；n为气体密度，单位为个/m3；环状气路中气体的密度满足如下公式：
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（14）其中，n1为气体密度，单位为个/m3；为气体的平均热运动速度，单位为m/s；m为气体分子质量，单位为kg；环状气路中压强与气体密度的关系为：
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（15）式中，P1为气体压强，单位为Pa；k为玻尔兹曼常数，单位为J/K；T为气体温度，单位为K；根据霍尔推力器放电通道内气体电离性能要求，放电通道入口气体压强为100~1000Pa，同时，环状气体中气体需要满足粘滞流状态，即：
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（16）结合公式（8）~（16），确定环状气路内径R2、外径R3和高度h的值，环状气路的上述参数值的设定实现气路中的气体满足粘滞流特性，从而保证了分级耐压性能的实现。
[0014]作为本专利技术的优选技术方案：气路绝缘结构最大耐压为V
max
设计，设阳极高压为V
d
，工作裕度为，则气路绝缘器最大耐压满足如下关系：
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（1）基于电势叠加原理，通过多级分压实现耐高压参数，即在单联通气路中，通过设定N级电极，每级电极可耐压V0，则总耐压参数V1满足如下关系：
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（2）针对氙气工质，在粘滞流状态下，当电极为铁材料时，两极最低耐压值约为150V，因此，环状气路中设置的金属隔网电极的级数N满足如下关系：
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（3）则最小级数N
min
为：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种霍尔推力器环式分压气路绝缘结构，其特征在于：包括进气管、绝缘器本体和出气管，所述绝缘器本体内包括缓冲腔、环状气路和金属隔网，所述绝缘器本体在连通进气管的内腔设置的圆柱形的缓冲腔，缓冲腔连通外侧的环状气路，环状气路呈圆环状，环状气路上间隔设置若干金属隔网，气体通过进气管进入缓冲腔扰匀降速后，通入环状气路，经过间隔设置的若干金属隔网分压后通过出气管通出，在气体流通过程中，若干金属隔网复用为金属电极。2.如权利要求1所述的霍尔推力器环式分压气路绝缘结构，其特征在于：所述绝缘器本体包括绝缘陶瓷环和陶瓷盖板，绝缘陶瓷环包括中心内置的圆柱形缓冲腔和外置的环状气路，缓冲腔和环状气路为同心布局，且相同高度；缓冲腔通过导流孔与环状气路前端相连；环状气路为被陶瓷隔板分开的非闭合环形通道，在环状气路上等间距设置多级金属隔网，在环状气路末端的底部设置有出气孔，通过出气孔与出气管相连；所述陶瓷盖板为圆形盖板，中心设置有圆孔，通过该圆孔与进气管路连接，陶瓷盖板与绝缘陶瓷环具有相同的外径。3.如权利要求2所述的霍尔推力器环式分压气路绝缘结构，其特征在于：绝缘陶瓷环在环状气路与缓冲腔的壁间设置导流孔，导流孔连通的环状气路的一侧设置挡板，挡板在另一侧设置出气孔，出气孔连接出气管，气体通过导流孔通入环状气路后从出气孔通出，形成单向流通通道。4.如权利要求2所述的霍尔推力器环式分压气路绝缘结构，其特征在于：所述绝缘陶瓷环在环状气路上设置有卡槽插装金属隔网；所述金属隔网选用不锈钢材质。5.如权利要求2所述的霍尔推力器环式分压气路绝缘结构，其特征在于：所述绝缘陶瓷环呈圆环状，绝缘陶瓷环与陶瓷盖板密封后构成绝缘器本体的圆盘形状。6.如权利要求1所述的霍尔推力器环式分压气路绝缘结构，其特征在于：绝缘陶瓷环与出气管采用钎焊密封；陶瓷盖板与进气管采用钎焊密封。7.如权利要求1所述的霍尔推力器环式分压气路绝缘结构，其特征在于：环状气路中气体雷诺数Re1计算公式如下：
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（8）其中，q
m
为气体质量流量，单位为mg/s；D为环状气路的当量直径，单位为m，A为环状气路的横截面积，单位为m2，η为气体的黏滞系数，单位为kg
·
m
‑1·
s
‑1；环状气路当量直径D满足如下关系：
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（9）其中，R2为环状气路内径，单位为m；R3为外径，单位为m；h为高度，单位为m；环状气路的横截面积A满足如下关系：
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（10）将公式（9）和公式（10）带入公式（8），进一步得到环状气路中气体雷诺数的计算公式如
下：
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（11）环状气路中气体克努增系数计算公式如下：
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（12）其中：K
n1
为环状气路气体克努增系数；为环状气路中气体平均自由程，单位为m；同种气体下气体的平均自由程满足如下公式：
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（13）其中，为气体碰撞截面，单位为m2；n为气体密度，单位为个/m3；环状气路中气体的密度满足如下公式：
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（14）其中，n1为气体密度，单位为个/m3；为气体的平均热运动速度，单位为m/s；m为气体分子质量，单位为kg；环状气路中压强与气体密度的关系为：
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（15）式中，P1为气体压强，单位为Pa；k为玻尔兹曼常数，单位为J/K...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙建飞，徐禄祥，吴铭钐，柏树，郭宁，周艳波，赵杰，杨威，孙明明，罗威，
申请(专利权)人：国科大杭州高等研究院，
类型：发明
国别省市：