霍爾推進(jìn)器改進(jìn)裝置制造方法
【專利摘要】霍爾推進(jìn)器改進(jìn)裝置，屬于霍爾推力器領(lǐng)域。解決了現(xiàn)有霍爾推力器對(duì)其產(chǎn)生等離子體的出射速度方向(羽流發(fā)散角)無法調(diào)節(jié)的問題。它包括套筒、1號(hào)放電電源、1號(hào)陰極，1號(hào)放電電源的正極通過導(dǎo)磁體與套筒連接，1號(hào)陰極位于套筒的出口處；它還包括磁場(chǎng)聚焦線圈、磁場(chǎng)發(fā)散線圈、2號(hào)陰極和2號(hào)放電電源，套筒沿軸向方向分為兩段，分別為第一段和第二段，且第一段和第二段之間設(shè)置有環(huán)形絕緣體，環(huán)形絕緣體的側(cè)壁上設(shè)有通孔，2號(hào)陰極嵌入在該通孔內(nèi)，2號(hào)放電電源串聯(lián)在1號(hào)陰極與1號(hào)放電電源的負(fù)極之間，且2號(hào)陰極與1號(hào)放電電源負(fù)極連接，磁場(chǎng)聚焦線圈纏繞在第一段套筒外側(cè)壁上，磁場(chǎng)發(fā)散線圈纏繞在第二段套筒的外側(cè)壁上。主要用在航天領(lǐng)域。
【專利說明】霍爾推進(jìn)器改進(jìn)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于霍爾推力器領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]霍爾推力器是利用電磁場(chǎng)作用來實(shí)現(xiàn)工質(zhì)電離與離子加速的等離子體射流源。它是一種為航天器在軌運(yùn)行提供微小推力的動(dòng)力裝置，具有高效率、高比沖以及高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用于航天器軌道的提升、位置保持、姿態(tài)控制等推進(jìn)任務(wù)。近年來，隨著大型衛(wèi)星平臺(tái)建設(shè)、微小衛(wèi)星組網(wǎng)、深空探測(cè)等航天技術(shù)的不斷發(fā)展，相應(yīng)地對(duì)霍爾推力器的性能也提出了更高的要求，推動(dòng)了其技術(shù)發(fā)展。霍爾推力器依靠磁場(chǎng)抑制電子軸向輸運(yùn)以建立強(qiáng)電場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)等離子體束流加速，因而磁場(chǎng)是影響推力器放電特性及性能水平的關(guān)鍵因素之一，也是推力器性能優(yōu)化的重要設(shè)計(jì)自由度?，F(xiàn)有霍爾推進(jìn)器軸向截面的結(jié)構(gòu)，具體參見圖1，現(xiàn)有霍爾推進(jìn)器的粒子出射方向，具體參見圖4。
[0003]理想的霍爾推進(jìn)器應(yīng)該具有以下幾個(gè)特點(diǎn):
[0004]1、由于等離子體中，物質(zhì)以電子和離子的形式存在，因此作用環(huán)境需一定程度上真空，即裝置內(nèi)部的氣壓應(yīng)足夠低；
[0005]2、理論上進(jìn)入電磁場(chǎng)的電子要盡量少(但不能沒有，否則就無法與中性氣體發(fā)生碰撞)，只有這樣，才能減少對(duì)放電電源電能的消耗。
[0006]3、要將電磁場(chǎng)的寬度限定在一定的范圍內(nèi)，便于設(shè)計(jì)和實(shí)際應(yīng)用。
[0007]4、盡量使粒子的出射速度與飛行器的運(yùn)動(dòng)方向正好相反，這樣可以進(jìn)一步提高霍爾推力器的比沖。
[0008]理想的霍爾推進(jìn)器霍爾推力器的粒子出射方向，具體參見圖5。
[0009]我們都知道，只有當(dāng)粒子的出射速度與航天器的運(yùn)動(dòng)方向相反時(shí)，才能提供最大的推力。當(dāng)粒子速度與航天器呈一定角度是，其所能提供的推力就會(huì)打折扣，那么，為了對(duì)霍爾推力器的粒子出射角進(jìn)行控制，采用磁通密度連續(xù)可調(diào)的均勻徑向磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置，對(duì)現(xiàn)有霍爾推力器進(jìn)行改進(jìn)刻不容緩。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有霍爾推力器對(duì)其產(chǎn)生等離子體的出射速度方向(羽流發(fā)散角)無法調(diào)節(jié)的問題，本發(fā)明提供了一種霍爾推進(jìn)器改進(jìn)裝置。
[0011]霍爾推進(jìn)器改進(jìn)裝置，它包括套筒、I號(hào)放電電源和I號(hào)陰極，所述的I號(hào)放電電源的正極通過導(dǎo)磁體與套筒連接，I號(hào)陰極位于套筒的出口處；
[0012]它還包括磁場(chǎng)聚焦線圈、磁場(chǎng)發(fā)散線圈、2號(hào)陰極和2號(hào)放電電源，
[0013]所述的套筒沿軸向方向分為兩段，分別為第一段和第二段，且第一段和第二段之間設(shè)置有環(huán)形絕緣體，所述的環(huán)形絕緣體的側(cè)壁上設(shè)有通孔，2號(hào)陰極嵌入在該通孔內(nèi)，2號(hào)放電電源串聯(lián)在I號(hào)陰極與I號(hào)放電電源的負(fù)極之間，且2號(hào)陰極與I號(hào)放電電源的負(fù)極連接，[0014]所述的磁場(chǎng)聚焦線圈纏繞在第一段套筒的外側(cè)壁上，磁場(chǎng)發(fā)散線圈纏繞在第二段套筒的外側(cè)壁上。
[0015]本發(fā)明中，套筒的第一段和第二段電磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)的電場(chǎng)分別可通過2號(hào)放電電源和I號(hào)放電電源來調(diào)節(jié)。本發(fā)明中有兩個(gè)陰極，可以分別控制電子電流，提高效率；電磁場(chǎng)分為了兩個(gè)區(qū)域，通過絕緣體將其連接在一起，并且可以獨(dú)立控制，以更好地實(shí)現(xiàn)粒子的聚焦和發(fā)散；1號(hào)放電電源控制電離，實(shí)現(xiàn)高電離率；2號(hào)放電電源用以實(shí)現(xiàn)比沖大范圍變化；電離和加速分別控制，可適用于更廣泛的工質(zhì)。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，通過采用磁通密度連續(xù)可調(diào)的均勻徑向磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置磁場(chǎng)聚焦線圈和磁場(chǎng)發(fā)散線圈來調(diào)節(jié)等離子體的出射速度方向，粒子的出射速度方向是大致沿一個(gè)方向的，同時(shí)能在現(xiàn)有的霍爾推進(jìn)器基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高霍爾推進(jìn)器的效率，且磁場(chǎng)變化情況可根據(jù)具體的裝置進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)節(jié)，同時(shí)還可以節(jié)省原料，減輕飛行器攜帶氣體原料的壓力。不僅如此，通過改進(jìn)，我們還可以提高推力器的穩(wěn)定器，因?yàn)樵诟倪M(jìn)后，粒子的出射速度方向是大致沿一個(gè)方向的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為現(xiàn)有霍爾推進(jìn)器軸向截面的結(jié)構(gòu)不意圖；E表不電場(chǎng)，B表不磁場(chǎng)；
[0018]圖2為本發(fā)明所述的霍爾推進(jìn)器改進(jìn)裝置的軸向截面的結(jié)構(gòu)示意圖，附圖標(biāo)記I表示內(nèi)勵(lì)磁線圈；附圖標(biāo)記A表示離子，附圖標(biāo)記C表示電子；
[0019]圖3為電子在本發(fā)明所述的霍爾推進(jìn)器改進(jìn)裝置產(chǎn)生的磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖；
[0020]圖4為現(xiàn)有霍爾推進(jìn)器的粒子出射方向示意圖；
[0021]圖5為理想霍爾推力器的粒子出射方向示意圖；
[0022]圖6為離子在本發(fā)明所述的霍爾推進(jìn)器改進(jìn)裝置所產(chǎn)生的磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]【具體實(shí)施方式】一:參見圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的霍爾推進(jìn)器改進(jìn)裝置，它包括套筒6、I號(hào)放電電源3和I號(hào)陰極4-1，所述的I號(hào)放電電源3的正極通過導(dǎo)磁體與套筒6連接，I號(hào)陰極4-1位于套筒6的出口處；
[0024]它還包括磁場(chǎng)聚焦線圈2-1、磁場(chǎng)發(fā)散線圈2-2、2號(hào)陰極4_2和2號(hào)放電電源8,
[0025]所述的套筒6沿軸向方向分為兩段，分別為第一段6-1和第二段6-2，且第一段6-1和第二段6-2之間設(shè)置有環(huán)形絕緣體5，所述的環(huán)形絕緣體5的側(cè)壁上設(shè)有通孔7，2號(hào)陰極4-2嵌入在該通孔7內(nèi)，2號(hào)放電電源8串聯(lián)在I號(hào)陰極4-1與I號(hào)放電電源3的負(fù)極之間，且2號(hào)陰極4-2與I號(hào)放電電源3的負(fù)極連接，
[0026]所述的磁場(chǎng)聚焦線圈2-1纏繞在第一段套筒的外側(cè)壁上，磁場(chǎng)發(fā)散線圈2-2纏繞在第二段套筒的外側(cè)壁上。
[0027]本實(shí)施方式中，本發(fā)明所述的霍爾推進(jìn)器改進(jìn)裝置在具體應(yīng)用過程中，I號(hào)陰極4-1和2號(hào)陰極4-2為電子產(chǎn)生裝置，I號(hào)陰極4-1和2號(hào)陰極4_2產(chǎn)生電子的運(yùn)動(dòng)方向是不確定的，少量的電子就會(huì)進(jìn)入電磁場(chǎng)中，在電場(chǎng)的作用下，電子將會(huì)以極快的速度從右向左運(yùn)動(dòng)(即從套筒6出口處向套筒6內(nèi)部運(yùn)動(dòng))，但又因?yàn)橛袃?nèi)勵(lì)磁線圈I與磁場(chǎng)聚焦線圈2-1和磁場(chǎng)發(fā)散線圈2-2產(chǎn)生磁場(chǎng)的存在，就會(huì)改變電子的運(yùn)動(dòng)方向，但不會(huì)改變速度的大小，其產(chǎn)生的結(jié)果就是電子會(huì)螺旋式的向左運(yùn)動(dòng)(即從套筒6出口處向套筒6內(nèi)部運(yùn)動(dòng))，具體參見圖3，這樣不僅增加了電子在電磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，同時(shí)也大大增加了電子與中性氣體的碰撞幾率。
[0028]碰撞后產(chǎn)生的二次電子又會(huì)與其他的原子發(fā)生碰撞，這樣產(chǎn)生的離子在電場(chǎng)力的作用下，就會(huì)向右運(yùn)動(dòng)(即從從套筒6內(nèi)部向套筒6出口處運(yùn)動(dòng))，但為了控制霍爾推力器的羽流發(fā)散角，我們采用磁通密度連續(xù)可調(diào)的均勻徑向磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置磁場(chǎng)聚焦線圈2-1和磁場(chǎng)發(fā)散線圈2-2，通過將電磁場(chǎng)分為兩部分，改變磁場(chǎng)的變化情況，先使速度方向不同的離子先聚焦，然后再將其統(tǒng)一發(fā)散，從而使離子出射速度大致與飛行器運(yùn)動(dòng)方向在同一條直線上，具體參見圖6，這樣粒子對(duì)飛行器的推力是最大的，其中，磁場(chǎng)聚焦線圈2-1用于使離子聚焦，磁場(chǎng)發(fā)散線圈2-2用于使離子發(fā)散。
[0029]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一所述的霍爾推進(jìn)器改進(jìn)裝置的區(qū)別在于，所述的通孔7為圓形通孔。
[0030]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二所述的霍爾推進(jìn)器改進(jìn)裝置的區(qū)別在于，所述的I號(hào)放電電源3用于實(shí)現(xiàn)氣體電離。
[0031]本實(shí)施方式中，I號(hào)放電電源3控制電離，實(shí)現(xiàn)高電離率。
[0032]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二所述的霍爾推進(jìn)器改進(jìn)裝置的區(qū)別在于，所述的2號(hào)放電電源8用于實(shí)現(xiàn)離子加速。
[0033]本實(shí)施方式中，2號(hào)放電電源8用以實(shí)現(xiàn)比沖大范圍變化。
[0034]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二所述的霍爾推進(jìn)器改進(jìn)裝置的區(qū)別在于，所述的I號(hào)陰極4-1和2號(hào)陰極4-2以交替工作的方式進(jìn)行工作。
【權(quán)利要求】
1.霍爾推進(jìn)器改進(jìn)裝置，它包括套筒(6)、1號(hào)放電電源(3)和I號(hào)陰極(4-1)，所述的I號(hào)放電電源(3)的正極通過導(dǎo)磁體與套筒(6)連接，I號(hào)陰極(4-1)位于套筒(6)的出口處； 其特征在于，它還包括磁場(chǎng)聚焦線圈(2-1)、磁場(chǎng)發(fā)散線圈(2-2)、2號(hào)陰極(4-2)和2號(hào)放電電源⑶， 所述的套筒(6)沿軸向方向分為兩段，分別為第一段(6-1)和第二段(6-2)，且第一段(6-1)和第二段(6-2)之間設(shè)置有環(huán)形絕緣體(5)，所述的環(huán)形絕緣體(5)的側(cè)壁上設(shè)有通孔(7)，2號(hào)陰極(4-2)嵌入在該通孔(7)內(nèi)，2號(hào)放電電源⑶串聯(lián)在I號(hào)陰極(4-1)與I號(hào)放電電源(3)的負(fù)極之間，且2號(hào)陰極(4-2)與I號(hào)放電電源(3)的負(fù)極連接， 所述的磁場(chǎng)聚焦線圈(2-1)纏繞在第一段套筒的外側(cè)壁上，磁場(chǎng)發(fā)散線圈(2-2)纏繞在第二段套筒的外側(cè)壁上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的霍爾推進(jìn)器改進(jìn)裝置，其特征在于，所述的通孔(7)為圓形通孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的霍爾推進(jìn)器改進(jìn)裝置，其特征在于，所述的I號(hào)放電電源(3)用于實(shí)現(xiàn)氣體電離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的霍爾推進(jìn)器改進(jìn)裝置，其特征在于，所述的2號(hào)放電電源(8)用于實(shí)現(xiàn)離子加速。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的霍爾推進(jìn)器改進(jìn)裝置，其特征在于，所述的I號(hào)陰極(4-1)和2號(hào)陰極(4-2)以交替工作的方式進(jìn)行工作。
【文檔編號(hào)】F03H1/00GK103953517SQ201410200897
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年5月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月13日
【發(fā)明者】王春生, 李熙 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)