无热子空心阴极及基于该空心阴极的推力器制造技术

无热子空心阴极及基于该空心阴极的推力器，涉及航空推进技术领域。本发明专利技术是为了解决现有空心阴极与推力器为分体结构，体积大，不适用于微型卫星的问题。本发明专利技术所述的基于无热子空心阴极的推力器，无热子空心阴极与推力器呈一体结构，最大程度缩小电推力器系统体积，节省出来的空间又可以对磁场进行优化，提高推力器效率。本发明专利技术适用于微型卫星。本发明专利技术适用于微型卫星。本发明专利技术适用于微型卫星。

【技术实现步骤摘要】
无热子空心阴极及基于该空心阴极的推力器


[0001]本专利技术属于航空推进
，尤其涉及推进器的空心阴极。

技术介绍

[0002]微型卫星作为卫星界一种高度通用和经济的资源出现，成为发展和增长的主要领域之一。得益于微电子系统的进步，已经开发出更轻、更小、更便宜的微型卫星，但在它们可以执行的任务方面仍具有同等或更多功能的空间技术。因此，这些设备在经济高效的太空探索方面具有巨大潜力，地球观测、遥感、低轨通信是目前微型的主要使用领域。
[0003]很明显地，近空和深空微型卫星的发展完全依赖于下一代推进系统的开发，其设计应符合微型卫星技术的具体要求，以及能够提供有效和可靠的方法来控制它们在空间中的运动。在目前的众多推进技术中，电推进系统成为最有前途的技术之一，霍尔推力器和离子推力器是这些系统中最著名的。通过使用电能来提高电离推进器的速度，电推进系统在低推力下结合了高比冲和出色的效率，这对于长期控制在轨道上运行的微型卫星的位置和方向至关重要。而相对来说，冷气推进和化学推进比冲较低。电推进系统可以在相对较低的推进剂流量下达成相同的推力，这意味着对于相同数量的推进剂，电力推进可以支持更长时间的任务。
[0004]传统的霍尔推力器和离子推力器包括推力器主体和空心阴极，推力器主体尺寸由电推进系统功率决定，如果强行缩小推力器主体尺寸，等离子体与壁面作用导致壁面侵蚀非常严重，急剧缩减电推进器寿命，而且热问题也会变得非常突出，材料在热应力下可能会碎裂，金属材料过热甚至会融化，导磁材料也会在高温下磁性能下降，甚至完全失效，会导致推力器效率降低。一般小型的离子推力器需要外置阴极中和羽流，而小型的霍尔推力器内部空间过小，无法容纳空心阴极，需要外置空心阴极，所以小型的离子推力器和霍尔推力器的外包络尺寸是包括推力器主体和空心阴极的尺寸。

技术实现思路

[0005]本专利技术是为了解决现有空心阴极与推力器为分体结构，体积大，不适用于微型卫星的问题，现提供一种基于无热子阴极的空心阴极推力器。
[0006]无热子空心阴极包括：阴极管1、触持极2和发射体3，所述阴极管1和所述触持极2均为一端封闭的管状结构，且所述阴极管1和所述触持极2的封闭端均设有通孔，所述发射体3为两端开口的管状结构，所述发射体3、阴极管1和触持极2同轴由内至外依次嵌套，所述阴极管1和所述触持极2的封闭端朝向相同且通孔正对。
[0007]进一步的，上述阴极管1的封闭端面材质为钨，管体材质为不锈钢。
[0008]基于上述无热子空心阴极的推力器包括无热子空心阴极、第一永磁铁4、第二永磁铁5、绝缘通道6、阳极7和磁屏8，所述绝缘通道6包括同轴嵌套的内筒和外筒，所述内筒和外筒之间留有空隙，内筒的一端封闭，内筒的另一端通过连接环片与外筒的一端连接，所述内筒的封闭端面上设有通孔，所述阳极7为环形并与所述连接环片同轴层叠设置，所述阳极7
位于所述连接环片朝向内筒封闭端的一侧，所述无热子空心阴极同轴设置在所述内筒内部、且通孔正对，所述第一永磁铁4和第二永磁铁5均为圆环结构，所述第一永磁铁4同轴固定在所述内筒内壁、且与所述无热子空心阴极之间留有空隙，所述第二永磁铁5同固定在所述外筒外壁，所述磁屏8跨过所述连接环片将所述第一永磁铁4和第二永磁铁5相连。
[0009]进一步的，上述磁屏8包括内层、外层，所述内层和外层均为两端开口的圆筒结构，所述内层和外层同轴嵌套设置且二者之间留有空隙，所述内层和外层的一端通过圆环形的连接片相连，所述连接片与连接环片相接触，所述内层和外层的另一端分别与第一永磁铁4和第二永磁铁5相接触。
[0010]进一步的，上述基于无热子空心阴极的推力器还包括：外壳9、绝缘底座10和底板11，所述外壳9为两端开口的圆筒结构，所述外壳9同轴套接在所述磁屏8的外侧并与所述磁屏8的外壁相接处，所述外壳9的一端与所述第二永磁铁5相接触，所述绝缘底座10同轴套固在所述无热子空心阴极的阴极管1外壁且将所述触持极2的开口端封闭，所述底板11为圆环形板状结构，所述底板11的外圆周与外壳9另一端相连，所述底板11的内圆周与所述绝缘底座10外圆相连。
[0011]进一步的，上述磁屏8的材质为纯铁。
[0012]进一步的，上述绝缘通道6的材质为陶瓷，具体为氮化硼陶瓷。
[0013]进一步的，上述绝缘底座10的材质为氧化铝复合材料。
[0014]进一步的，上述第一永磁铁4和第二永磁铁5均为钐钴永磁铁。
[0015]本专利技术的有益效果如下：
[0016](1)、本专利技术所述的无热子空心阴极结构简单、工作可靠、体积更小、质量轻，能够应用于微小卫星。
[0017](2)、本专利技术将无热子空心阴极与推力器一体化设计，相比于其他电推进系统，避免了微小电推进系统空心阴极小型化的问题。
[0018](3)、由于本专利技术所述的无热子空心阴极简化了加热器，快速启动空心阴极径向尺寸更小，使得有足够的径向空间优化磁铁配置，使得推力器效率更高。
[0019](4)、本专利技术相比于带加热丝阴极的阴极推力器而言，因为无需加热，所以启动时间更短。
[0020]综上所述，专利技术提供了一种无热子空心阴极，相比于加热式阴极而言，整体体积更小。进一步的，在此基础上又提出了针对微型卫星的基于无热子空心阴极的推力器，精简推力器结构，最大程度缩小电推力器系统体积，节省出来的空间又可以对磁场进行优化，提高推力器效率。本专利技术适用于微型卫星。
附图说明
[0021]图1是本专利技术所述的基于无热子阴极的空心阴极推力器的结构示意图；
[0022]图中：1
‑
阴极管；2
‑
触持极；3
‑
发射体；4
‑
第一永磁铁；5
‑
第二永磁铁；6
‑
绝缘通道；7
‑
阳极；8
‑
磁屏；9
‑
外壳；10
‑
绝缘底座；11
‑
底板。
具体实施方式
[0023]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0024]具体实施方式一：参照图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的无热子空心阴极包括：阴极管1、触持极2和发射体3。所述阴极管1用于通入工质气体。触持极2为阴极点火电极。
[0025]所述阴极管1和所述触持极2均为一端封闭的管状结构，且所述阴极管1和所述触持极2的封闭端均设有通孔。
[0026]所述发射体3为两端开口的管状结构。
[0027]所述发射体3、阴极管1和触持极2同轴由内至外依次嵌套，所述阴极管1和所述触本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.无热子空心阴极，其特征在于，包括：阴极管(1)、触持极(2)和发射体(3)，所述阴极管(1)和所述触持极(2)均为一端封闭的管状结构，且所述阴极管(1)和所述触持极(2)的封闭端均设有通孔，所述发射体(3)为两端开口的管状结构，所述发射体(3)、阴极管(1)和触持极(2)同轴由内至外依次嵌套，所述阴极管(1)和所述触持极(2)的封闭端朝向相同且通孔正对。2.根据权利要求1所述的无热子空心阴极，其特征在于，所述阴极管(1)的封闭端面材质为钨，管体材质为不锈钢。3.基于权利要求1或2所述的无热子空心阴极的推力器，其特征在于，包括无热子空心阴极、第一永磁铁(4)、第二永磁铁(5)、绝缘通道(6)、阳极(7)和磁屏(8)，所述绝缘通道(6)包括同轴嵌套的内筒和外筒，所述内筒和外筒之间留有空隙，内筒的一端封闭，内筒的另一端通过连接环片与外筒的一端连接，所述内筒的封闭端面上设有通孔，所述阳极(7)为环形并与所述连接环片同轴层叠设置，所述阳极(7)位于所述连接环片朝向内筒封闭端的一侧，所述无热子空心阴极同轴设置在所述内筒内部、且通孔正对，所述第一永磁铁(4)和第二永磁铁(5)均为圆环结构，所述第一永磁铁(4)同轴固定在所述内筒内壁、且与所述无热子空心阴极之间留有空隙，所述第二永磁铁(5)同固定在所述外筒外壁，所述磁屏(8)跨过所述连接环片将所述第一永磁铁(4)和第二永磁铁(5)相连。4.根据权利要求3所述的基于无热子空心阴极的推力器，其特征在于，所述磁屏(8)包括内层、外层，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁中喜，李彤煜，刘晨光，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：