基于辉光放电阴极的微型直流离子推力器，属于微型直流离子推力器领域，本发明专利技术为解决现有直流离子推力器中传统空心阴极结构复杂难以小型化、工作温度高，钨丝阴极使用寿命短等问题。本发明专利技术包括辉光阴极组件、阳极组件、栅极组件、永磁体组件、安装底座和外壳；安装底座设置于外壳的底部开口端，外壳内部由外至内依次套设永磁体组件、阳极组件和辉光阴极组件，栅极组件设置于阳极组件的下游；辉光阴极组件设置在安装底座上并从其中心孔伸出，辉光阴极组件将工质气体初步电离，电子被阳极组件吸收，辉光阴极组件未电离的中性气体在放电室进一步电离，放电室中的离子被离子光学系统加速喷出。出。出。
【技术实现步骤摘要】
基于辉光放电阴极的微型直流离子推力器
[0001]本专利技术涉及基于辉光放电阴极的微型直流离子推力器，属于微型直流离子推力器领域。
技术介绍
[0002]离子推力器是当前技术最成熟、应用最广泛的电推进装置之一，其具有高比冲，高效率，推力比冲宽范围调节等优势。根据离子推力器产生等离子体方式不同可以分为直流离子推力器、射频离子推力器、微波离子推力器。直流离子推力器因为其结构及电源模块简单可靠被广泛研究；而射频和微波离子推力器需要额外的射频源和微波源，电源效率低而且增加了系统的体积和重量。
[0003]直流离子推力器主要由主阴极、阳极、磁场以及离子光学系统组成。主阴极发出的原初电子在电磁场作用下最终到达阳极，运动过程中电子与推进剂工质碰撞电离产生等离子体，等离子体通过离子光学系统加速喷出形成反作用力。目前，直流离子推力器主阴极主要是钡钨和六硼化镧空心阴极，结构复杂，难以适应微型离子推力器的尺寸；其次依靠热电子发射，电流发射能力强但是工作温度高，通常超过1000℃，微型直流离子推力器的钐钴永磁体最高耐温一般在350℃，推力器长时间工作将导致永磁体退磁，破坏设计磁场。钨丝阴极也曾作为微型直流离子推力器的主阴极使用，但也存在工作温度高和使用寿命短的问题。
[0004]因此针对以上不足，需要一种小尺寸，结构简单，工作温度低且具备一定使用寿命的阴极作为微型直流离子推力器的主阴极。
技术实现思路
[0005]针对现有直流离子推力器中传统空心阴极结构复杂难以小型化、工作温度高，钨丝阴极使用寿命短等问题，本专利技术提供一种基于辉光放电阴极的微型直流离子推力器。
[0006]本专利技术所述基于辉光放电阴极的微型直流离子推力器，包括辉光阴极组件、阳极组件、栅极组件、永磁体组件、安装底座13和外壳16；安装底座13设置于外壳16的底部开口端，外壳16内部由外至内依次套设永磁体组件、阳极组件和辉光阴极组件，栅极组件设置于阳极组件的下游；
[0007]辉光阴极组件设置在安装底座13上并从其中心孔伸出，辉光阴极组件将工质气体初步电离，电子被阳极组件吸收，辉光阴极组件未电离的中性气体在放电室进一步电离，放电室中的离子被离子光学系统加速喷出；
[0008]所述辉光阴极组件包括供气管1、绝缘帽2、负极绝缘子3、负极4、触持极绝缘子5和触持极6；供气管1位于绝缘帽2和负极绝缘子3之间，并通过绝缘帽2内螺纹和负极绝缘子3外螺纹配合压紧；
[0009]辉光阴极的负极4底部设置有进气孔4
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1，用于连通供气管1和阴极腔室；触持极6顶端设置有节流孔6
‑
1，用于气体节流以维持阴极腔室的较高气压；
[0010]负极4与供气管1之间由负极绝缘子3保证二者绝缘；触持极6与负极4之间由触持极绝缘子5保证二者绝缘。
[0011]优选地，触持极6为圆筒状结构，触持极6设置有节流孔6
‑
1，使得辉光阴极放电腔室内形成较高气压；
[0012]所述节流孔6
‑
1的设置方式为：
[0013]方式一、触持极6的筒顶设置一单孔；
[0014]方式二、触持极6的筒顶设置多个小孔，小孔孔径小于方式一单孔的孔径；
[0015]方式三、触持极6的筒顶设置一小孔，用于引出电子及少部分的中性气体；触持极6的筒壁设置一圈小孔，用于引出大部分中性气体，使其与壁外阳极附近的电子碰撞。
[0016]优选地，还包括挡板10，所述挡板10设置于阴极节流孔6
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1下游，挡板10固定在触持极6上，用于均化辉光阴极未电离的中性气体。
[0017]优选地，所述阳极组件包括阳极绝缘子7和阳极8；
[0018]阳极8为圆筒状，阳极8套设于触持极6筒外，阳极8内部形成推力器放电室；
[0019]阳极8底部内翻沿设置于触持极6筒底外翻沿上，且二者之间通过阳极绝缘子7绝缘，阳极绝缘子7为圆筒状，阳极8和阳极绝缘子7同轴，所述阳极8、触持极6和负极4共同固定在安装底座13上。
[0020]优选地，永磁体组件包括永磁体支撑架14和永磁体15，永磁体15为环形，永磁体15套设于阳极8外部，永磁体15底端面安装在永磁体支撑架14上，永磁体支撑架14固定在安装底座13上，永磁体支撑架14与外壳16同轴，二者之间存在空隙。
[0021]优选地，栅极组件包括屏栅11、加速栅12和栅极绝缘子9；阳极绝缘子7的圆筒顶端为法兰结构，屏栅11和加速栅12固定在该法兰上，并通过栅极绝缘子9进行电绝缘和定位。
[0022]优选地，辉光阴极组件由两个负极螺栓和一个触持极螺栓固定在安装底座13上；
[0023]阳极8底部内翻沿设置三个螺纹孔，通过三个阳极螺栓穿过辉光阴极组件的通孔固定在安装底座13上；
[0024]所述辉光阴极组件的通孔为触持极6筒底外翻沿设置的三个通孔，通孔内径大于阳极螺栓外径，通孔与阳极螺栓之间存在空隙；
[0025]永磁体支撑架14底部通过若干个永磁螺栓固定在安装底座13上；
[0026]外壳16底部通过若干个外壳螺栓固定在安装底座13上；
[0027]所述阳极螺栓、负极螺栓、触持极螺栓为导电体，分别于所述对应的阳极、负极、触持极电导通。
[0028]优选地，供气管1、负极4、触持极6、阳极8和外壳16为304不锈钢材料；
[0029]负极绝缘子3、触持极绝缘子5、阳极绝缘子7和栅极绝缘子9为氧化铝陶瓷材料；
[0030]安装底座13和永磁体支撑架14为铝合金材料；
[0031]屏栅11和加速栅12为不锈钢或钼材料；
[0032]永磁体15为耐高温钐钴材料。
[0033]优选地，还包括阴极电源、放电电源、屏栅电源和加速栅电源；
[0034]辉光阴极的负极4连接阴极电源的负极，触持极6连接阴极电源的正极和放电电源的负极，阳极连接放电电源的正极；
[0035]屏栅11连接屏栅电源的正极，加速栅12连接加速栅电源的负极，屏栅电源的负极
和加速栅电源的正极接地，使得屏栅对地为正电位，加速栅对地为负电位。
[0036]本专利技术提供的基于辉光放电阴极的微型直流离子推力器的工作原理为，当惰性气体工质如氙气、氪气等通入供气管时，依次经过负极绝缘子，负极进气孔，阴极放电腔室，在负极和触持极之间高电压下击穿产生辉光放电等离子体。等离子体中的电子在阳极电场作用下经过触持极节流孔，进入推力器放电室，在电磁场作用下最终到达阳极，运动过程中与未电离的中性原子发生碰撞产生二次电离，等离子体中的离子在栅极电场作用下加速喷出产生推力。
[0037]本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的基于辉光放电阴极的微型直流离子推力器，依靠辉光放电阴极作为主阴极产生原初电子。该种辉光放电阴极结构简单，适合微型离子推力器；主阴极依靠高电压冷启动，无需加热器，点火时间短；主阴极工作在辉光放电模式，温度低，允许推力器长时间工作而保持永磁体不退磁；利用辉光阴极产生的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.基于辉光放电阴极的微型直流离子推力器，其特征在于，包括辉光阴极组件、阳极组件、栅极组件、永磁体组件、安装底座(13)和外壳(16)；安装底座(13)设置于外壳(16)的底部开口端，外壳(16)内部由外至内依次套设永磁体组件、阳极组件和辉光阴极组件，栅极组件设置于阳极组件的下游；辉光阴极组件设置在安装底座(13)上并从其中心孔伸出，辉光阴极组件将工质气体初步电离，电子被阳极组件吸收，辉光阴极组件未电离的中性气体在放电室进一步电离，放电室中的离子被离子光学系统加速喷出；所述辉光阴极组件包括供气管(1)、绝缘帽(2)、负极绝缘子(3)、负极(4)、触持极绝缘子(5)和触持极(6)；供气管(1)位于绝缘帽(2)和负极绝缘子(3)之间，并通过绝缘帽(2)内螺纹和负极绝缘子(3)外螺纹配合压紧；辉光阴极的负极(4)底部设置有进气孔(4
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1)，用于连通供气管(1)和阴极腔室；触持极(6)顶端设置有节流孔(6
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1)，用于气体节流以维持阴极腔室的较高气压；负极(4)与供气管(1)之间由负极绝缘子(3)保证二者绝缘；触持极(6)与负极(4)之间由触持极绝缘子(5)保证二者绝缘。2.根据权利要求1所述基于辉光放电阴极的微型直流离子推力器，其特征在于，触持极(6)为圆筒状结构，触持极(6)设置有节流孔(6
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1)，使得辉光阴极放电腔室内形成较高气压；所述节流孔(6
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1)的设置方式为：方式一、触持极(6)的筒顶设置一单孔；方式二、触持极(6)的筒顶设置多个小孔，小孔孔径小于方式一单孔的孔径；方式三、触持极(6)的筒顶设置一小孔，用于引出电子及少部分的中性气体；触持极(6)的筒壁设置一圈小孔，用于引出大部分中性气体，使其与壁外阳极附近的电子碰撞。3.根据权利要求2所述基于辉光放电阴极的微型直流离子推力器，其特征在于，还包括挡板(10)，所述挡板(10)设置于阴极节流孔(6
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1)下游，挡板(10)固定在触持极(6)上，用于均化辉光阴极未电离的中性气体。4.根据权利要求3所述基于辉光放电阴极的微型直流离子推力器，其特征在于，所述阳极组件包括阳极绝缘子(7)和阳极(8)；阳极(8)为圆筒状，阳极(8)套设于触持极(6)筒外，阳极(8)内部形成推力器放电室；阳极(8)底部内翻沿设置于触持极(6)筒底外翻沿上，且二者之间通过阳极绝缘子...
【专利技术属性】
技术研发人员：宁中喜，韩傲，孟天航，刘晨光，王福锋，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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