霍尔推力器、包括其的空间设备及其使用方法技术

本发明专利技术涉及霍尔推力器、包括其的空间设备及其使用方法。所述霍尔推力器包括：呈环形的导磁外壳；圆片结构的导磁底板，其与导磁外壳围成圆柱形内部空间；沿轴向设置于内部空间的中心部的内磁元件；位于内磁元件顶部的导磁内芯；以及内套筒，其主体部分为中空筒状，用于放置内磁元件和导磁内芯，内套筒在主体部分的底部设有圆柱凸起，圆柱凸起延伸穿过导磁底板并且通过螺母将内套筒与导磁底板固定，并且霍尔推力器具有阳极/气体分配器及阳极磁屏，阳极磁屏套设在阳极/气体分配器的外周，其呈环状且由导磁材料制成。通过阳极磁屏，霍尔推力器的阳极能有效地约束工质气体及进行均匀化、消弱推力器外部剩磁矩，提高比冲与工质利用率。提高比冲与工质利用率。提高比冲与工质利用率。

【技术实现步骤摘要】
霍尔推力器、包括其的空间设备及其使用方法


[0001]本专利技术涉及空间推进
；具体而言，本专利技术涉及霍尔推力器、包括其的空间设备及其使用方法。

技术介绍

[0002]霍尔推力器是一种空间电推进装置，被广泛应用于空间推进领域，也是当前空间飞行器的首选推进装置之一。例如，其典型的应用场合包括但不限于应用于卫星的姿轨控制与深空探测主推进装置。
[0003]图1示出了一种传统稳态等离子体霍尔推力器的工作原理。如图中所示，在推力器内部有一对互相垂直的电场F1和磁场F2，电场沿轴向方向，磁场沿径向方向。阴极A是一个维持稳定放电的电子源，其产生的电子在阳极高电位的吸引下进入径向磁场区域，电子在径向磁场与轴向电场的E
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B电磁力的作用下，做周向漂移运动，形成了周向的电子电流。工质气体通过阳极气体分配器B进入环形放电室，再到达径向电子漂移区，电子与工质气体中的中性原子激烈碰撞并使其电离。在轴向电场的作用下，推力器内部的离子产生轴向加速度，并最终高速喷出，形成反推力。
[0004]现有技术中的霍尔推力器，尤其针对小型永磁霍尔推力器，存在着阳极约束工质气体及进行均匀化不足、存在推力器外部剩磁矩较高，阳极端面磁场强度较大，点火阈值高，并且比冲与工质利用率则有待提高等问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了霍尔推力器、包括其的空间设备及其使用方法，从而解决或者至少缓解了现有技术中存在的上述问题和其它方面的问题中的一个或多个。
[0006]为了实现前述目的，根据本专利技术的第一方面提供了一种霍尔推力器，其中，所述霍尔推力器包括：导磁外壳，所述导磁外壳呈环形；导磁底板，所述导磁底板为圆片结构，并且与所述导磁外壳围成圆柱形内部空间；内磁元件，所述内磁元件沿轴向设置于所述内部空间的中心部；导磁内芯，所述导磁内芯位于所述内磁元件顶部；以及内套筒，所述内套筒的主体部分为中空筒状，用于放置所述内磁元件和所述导磁内芯，所述内套筒在所述主体部分的底部设有圆柱凸起，所述圆柱凸起延伸穿过所述导磁底板并且通过螺母将所述内套筒与所述导磁底板固定，并且，所述霍尔推力器具有阳极/气体分配器及阳极磁屏，所述阳极磁屏套设在所述阳极/气体分配器的外周，所述阳极磁屏呈环状并且由导磁材料制成。
[0007]在如前所述的霍尔推力器中，可选地，所述霍尔推力器包括：外保护环，所述外保护环为圆环状结构，所述外保护环的形状贴合所述导磁外壳的下游部分形状，所述外保护环的下部外径等于所述导磁外壳的上部凸起部分的内径，所
述外保护环的上部外径等于所述导磁外壳的最上部外径；上内保护环，所述上内保护环呈下端开放的截顶圆锥形，所述上内保护环罩在所述导磁内芯的上部圆台并且其形状贴合所述导磁内芯，所述上内保护环限位安装电子发射材料环；下内保护环，所述下内保护环为圆环片结构，所述下内保护环的中心圆孔的直径等于所述导磁内芯的下部圆柱的直径，用于所述导磁内芯的穿过安装，并且所述下内保护环通过所述导磁内芯与所述内套筒夹紧定位安装。
[0008]在如前所述的霍尔推力器中，可选地，所述电子发射材料环为圆环结构，所述电子发射材料环套设于所述导磁内芯的上部圆台上端的台阶部，并且通过所述下内保护环与所述导磁内芯对所述电子发射材料环进行限位安装。
[0009]在如前所述的霍尔推力器中，可选地，所述阳极/气体分配器为双层空心阳极/气体分配器，其包括焊接在一起的底座、第一缓冲腔及第二缓冲腔，所述底座内为连接螺柱或进气管；所述连接螺柱与所述进气管首先穿过T型绝缘柱，再通过T型绝缘柱穿过所述导磁底板，其中通过所述连接螺柱将所述阳极/气体分配器使用螺母通过所述阳极磁屏进行固定限位，使得所述阳极/气体分配器与所述导磁外壳和所述导磁底板绝缘。
[0010]在如前所述的霍尔推力器中，可选地，所述阳极磁屏为凹槽环状结构，所述阳极磁屏的底部布置有四个直径大于所述阳极/气体分配器的进气柱与固定螺柱的直径的限位通孔，所述阳极磁屏的内部凹槽内径等于所述阳极/气体分配器的内径，所述阳极磁屏的内部凹槽外径等于所述阳极/气体分配器的外径，将所述阳极/气体分配器限制在所述阳极磁屏内部，从而实现对所述阳极/气体分配器的限位。
[0011]在如前所述的霍尔推力器中，可选地，所述T型绝缘柱为T型中空结构，所述T型中空结构的直径大于所述阳极/气体分配器的底座上的进气柱或连接螺柱的直径，所述T型绝缘柱的下部圆筒的外径等于所述T型绝缘柱的安装孔的直径，通过所述T型中空结构完成对所述T型绝缘柱、所述阳极/气体分配器与所述阳极磁屏的上下限位，并且所述T型绝缘柱的下部圆筒外部具有螺纹线，通过螺母实现所述T型绝缘柱与所述导磁底板的限位固定。
[0012]在如前所述的霍尔推力器中，可选地，所述导磁外壳、所述导磁底板、所述导磁内芯与所述阳极磁屏的材料均为耐高温导磁材料；所述内磁元件为耐高温永磁体；所述上内保护环、下内保护环与所述外保护环的材料为金属耐溅射材料或陶瓷材料；所述电子发射材料环的材料为可发射电子的材料；所述阳极/气体分配器的材料为金属耐溅射材料；所述内套筒的材料为铜；所述T型绝缘柱的材料为耐高温高分子材料或陶瓷材料。
[0013]在如前所述的霍尔推力器中，可选地，所述霍尔推力器包括外置无工质阴极。
[0014]为了实现前述目的，根据本专利技术的第二方面提供了一种空间设备，其中，所述空间设备包括如前述第一方面中任一项所述的霍尔推力器。
[0015]为了实现前述目的，根据本专利技术的第三方面提供了如前述第一方面中任一项所述的霍尔推力器的使用方法，所述方法包括冷气推进模式和/或电推进模式，其中：所述冷推进模式为在没有阳极供电的情况下从所述阳极/气体分配器分配工质气体并自所述放电通道直接将所述工质气体排出；所述电推进模式为在向所述阳极/气体分配器提供工质气体使所述工质气体进入
放电通道的情况下，施加电场和磁场使所述工质气体电离并出射高速离子，并且，所述工质气体为氮气、氩气、氪气、氙气或碘。
[0016]在本专利技术的霍尔推力器、包括其的空间设备及其使用方法中，通过设置阳极磁屏，霍尔推力器的阳极能有效地约束工质气体及进行均匀化、消弱推力器外部剩磁矩，降低阳极端面磁场强度，降低推力器点火阈值，提高比冲与工质利用率。
附图说明
[0017]参照附图，本专利技术的公开内容将更加显然。应当了解，这些附图仅仅用于说明的目的，而并非意在对本专利技术的保护范围构成限制。图中：图1是现有技术霍尔推力器的工作原理图；图2是根据本专利技术的霍尔推力器的一种实施例的示意性剖视图，其中有保护环有电子发射材料环无外置阴极；图3示意性地示出了图2中霍尔推力器的局部放电机理；图4是根据本专利技术的霍尔推力器的另一实施例的示意性剖视图，其中有保护环有电子发射材料环有外置阴极；图5示意性地示出了图4中霍尔推力器的局部放电机理；图6是根据本专利技术的霍尔推力器的再一实施例的示意性剖视图，其中有保护环无电子发射材料环有外置阴极；图7示意性地示出了图6中霍尔推力器的局部放电机理；图8是根据本专利技术的霍尔推力本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种霍尔推力器，其特征在于，所述霍尔推力器包括：导磁外壳，所述导磁外壳呈环形；导磁底板，所述导磁底板为圆片结构，并且与所述导磁外壳围成圆柱形内部空间；内磁元件，所述内磁元件沿轴向设置于所述内部空间的中心部；导磁内芯，所述导磁内芯位于所述内磁元件顶部；以及内套筒，所述内套筒的主体部分为中空筒状，用于放置所述内磁元件和所述导磁内芯，所述内套筒在所述主体部分的底部设有圆柱凸起，所述圆柱凸起延伸穿过所述导磁底板并且通过螺母将所述内套筒与所述导磁底板固定，并且，所述霍尔推力器具有阳极/气体分配器及阳极磁屏，所述阳极磁屏套设在所述阳极/气体分配器的外周，所述阳极磁屏呈环状并且由导磁材料制成。2.如权利要求1所述的霍尔推力器，其中，所述霍尔推力器包括：外保护环，所述外保护环为圆环状结构，所述外保护环的形状贴合所述导磁外壳的下游部分形状，所述外保护环的下部外径等于所述导磁外壳的上部凸起部分的内径，所述外保护环的上部外径等于所述导磁外壳的最上部外径；上内保护环，所述上内保护环呈下端开放的截顶圆锥形，所述上内保护环罩在所述导磁内芯的上部圆台并且其形状贴合所述导磁内芯，所述上内保护环限位安装电子发射材料环；下内保护环，所述下内保护环为圆环片结构，所述下内保护环的中心圆孔的直径等于所述导磁内芯的下部圆柱的直径，用于所述导磁内芯的穿过安装，并且所述下内保护环通过所述导磁内芯与所述内套筒夹紧定位安装。3.如权利要求2所述的霍尔推力器，其中，所述电子发射材料环为圆环结构，所述电子发射材料环套设于所述导磁内芯的上部圆台上端的台阶部，并且通过所述下内保护环与所述导磁内芯对所述电子发射材料环进行限位安装。4.如权利要求1所述的霍尔推力器，其中，所述阳极/气体分配器为双层空心阳极/气体分配器，其包括焊接在一起的底座、第一缓冲腔及第二缓冲腔，所述底座内为连接螺柱或进气管；所述连接螺柱与所述进气管首先穿过T型绝缘柱，再通过T型绝缘柱穿过所述导磁底板，其中通过所述连接螺柱将所述阳极/气体分配器使用螺母通过所述阳极磁屏进行固定限位，使得所述阳极/气体分配器与所述导磁外壳和所...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐禄祥，卢世旭，
申请(专利权)人：国科大杭州高等研究院，
类型：发明
国别省市：