螺旋波等離子體電推進裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明實施例提供一種螺旋波等離子體電推進裝置，本發(fā)明裝置，包括：螺旋波等離子體激發(fā)天線、石英玻璃制成的放電腔、第一金屬板與第二金屬板、至少一個鐵環(huán)和至少兩個永磁體環(huán)、進氣口；所述鐵環(huán)與所述永磁體環(huán)交替放置形成一個圓柱體空腔，所述兩個金屬板分別設(shè)置在所述圓柱體空腔的兩端，與所述第一金屬板、第二金屬板相連接的是永磁體環(huán)，所述放電腔置于所述圓柱體空腔的內(nèi)部，所述放電腔的進氣口和射頻輸入輸出線從所述第一金屬板穿出，所述放電腔的底部與所述第二金屬板固定，所述第一金屬板與所述第二金屬板之間通過螺栓和螺母相連接。本發(fā)明實施例實現(xiàn)了延長螺旋波推力器的使用壽命，在應(yīng)用于航天器平臺上時節(jié)省了自身所占用的空間，提高了整體的工作效率。
【專利說明】螺旋波等離子體電推進裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明實施例涉及航天器發(fā)動機和空間推進【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種螺旋波等離子體電推進裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]空間推進用于航天器在太空飛行階段，其功能是為航天器姿態(tài)控制、南北位置保持、軌道機動和離軌等任務(wù)提供動力。空間推進技術(shù)一般可以分為化學推進和電推進，以及一些其它的推進技術(shù)(如核能推進，太陽帆推進技術(shù))。目前，電推進技術(shù)因其高比沖的優(yōu)勢已逐漸成為空間小推力推進裝置的首選方案；螺旋波等離子體源因其具有高密度，無離子光學系統(tǒng)、無電子中和器而被世界各國爭先研制。
[0003]螺旋波等離子體推力器(Helicon Plasma Thruster,簡稱HPT),是一種新型的電磁式推力器，其基于螺旋波等離子體在發(fā)散磁場中存在的無電流雙層效應(yīng)，加速離子形成高速離子束噴流，從而產(chǎn)生推力。HPT的關(guān)鍵部件包括特定結(jié)構(gòu)的射頻天線和一定位型的磁場。電推進系統(tǒng)的工作原理是利用蓄電池或者太陽電池帆板所提供的電能，電離工質(zhì)并加速等離子體或離子，使工質(zhì)氣體產(chǎn)生遠遠大于傳統(tǒng)化學推力器產(chǎn)生的排氣速度。電推系統(tǒng)的比沖一般可以達到lOOOs-SOOOOs(依據(jù)工作原理的不同比沖也不同)，可以大大降低整個推進系統(tǒng)重量，降低推進工質(zhì)消耗量，延長航天器在軌時間和使用壽命。電推進系統(tǒng)除了可以在長壽命空間飛行器平臺上廣泛應(yīng)用以外，還可以完成傳統(tǒng)化學推進系統(tǒng)無法完成的任務(wù)。因此，電推進技術(shù)成為空間推進的主流，必將逐步取代傳統(tǒng)的化學推進技術(shù)。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中的螺旋波推力器自身的使用壽命不夠長久，并且在應(yīng)用于航天器平臺上時工作占用空間過大，影響整體的工作效率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明實施例提供一種螺旋波等離子體電推進裝置，以克服現(xiàn)有技術(shù)中螺旋波推力器自身的使用壽命過短，應(yīng)用于航天器平臺上時工作占用空間過大，工作效率低的問題。
[0006]本發(fā)明提供了一種螺旋波等離子體電推進裝置，包括:
[0007]螺旋波等離子體激發(fā)天線、石英玻璃制成的放電腔、第一金屬板與第二金屬板、至少一個鐵環(huán)和至少兩個永磁體環(huán)、進氣口 ；
[0008]所述鐵環(huán)與所述永磁體環(huán)交替放置形成一個圓柱體空腔，所述第一金屬板和所述第二金屬板分別設(shè)置在所述圓柱體空腔的兩端，與所述第一金屬板、第二金屬板相連接的是永磁體環(huán)，所述放電腔置于所述圓柱體空腔的內(nèi)部，所述放電腔的進氣口和射頻輸入輸出線從所述第一金屬板穿出，所述放電腔的底部與所述第二金屬板固定，所述第一金屬板與所述第二金屬板之間通過螺栓和螺母相連接。
[0009]進一步地，所述放電腔的底部與所述第二金屬板固定，包括:
[0010]所述放電腔的底部設(shè)置外凸環(huán)，所述第二金屬板對應(yīng)所述放電腔開設(shè)圓形通孔，所述放電腔從所述通孔穿入所述圓柱體空腔后，通過螺釘與所述第二金屬板固定。[0011 ] 進一步地,所述永磁體為釹鐵硼永磁體或為衫鈷永磁體。
[0012]進一步地，所述第一金屬板與所述第二金屬板為鋁板。
[0013]本發(fā)明實施例螺旋波等離子體電推進裝置，通過螺旋波等離子體激發(fā)天線置于所述放電腔外側(cè)，所述鐵環(huán)與所述永磁體環(huán)交替放置形成一個圓柱體空腔，所述兩個金屬板分別設(shè)置在所述圓柱體空腔的兩側(cè)，所述第一金屬板與第二金屬板與所述永磁體環(huán)相連接，所述放電腔置于所述圓柱體空腔的內(nèi)部，所述放電腔的進氣口與射頻輸入輸出線從所述第一金屬板穿出，所述放電腔的底部與所述第二金屬板通過螺釘固定，所述第一金屬板與所述第二金屬板之間通過螺栓與螺母的形式相連接，實現(xiàn)了延長螺旋波推力器的使用壽命，在應(yīng)用于航天器平臺上時節(jié)省了自身所占用的空間，提高了整體的工作效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0015]圖1為本發(fā)明螺旋波等離子體電推進裝置整體示意圖；
[0016]圖2為本發(fā)明螺旋波等離子體電推進裝置沿中心線的磁場強度示意圖；
[0017]圖3為本發(fā)明螺旋波等離子體電推進裝置剖面示意圖；
[0018]圖4為本發(fā)明螺旋波等離子體電推進裝置第二金屬板與放電腔連接關(guān)系示意圖；
[0019]圖5為本發(fā)明螺旋波等離子體電推進裝置放電腔示意圖。

【具體實施方式】
[0020]為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0021]圖1為本發(fā)明螺旋波等離子體電推進裝置整體示意圖，如圖1所示，本實施例裝置，包括:
[0022]螺旋波等離子體激發(fā)天線102、石英玻璃制成的放電腔107、第一金屬板106與第二金屬板105、至少一個鐵環(huán)101和至少兩個永磁體環(huán)104、進氣口 103 ；
[0023]所述鐵環(huán)與所述永磁體環(huán)交替放置形成一個圓柱體空腔，所述第一金屬板和第二金屬板分別設(shè)置在所述圓柱體空腔的兩端，與所述第一金屬板、第二金屬板相連接的是永磁體環(huán)，所述放電腔置于所述圓柱體空腔的內(nèi)部，所述放電腔的進氣口和射頻輸入輸出線從所述第一金屬板穿出，所述放電腔的底部與所述第二金屬板固定，所述第一金屬板與所述第二金屬板之間通過螺栓和螺母相連接。
[0024]進一步地,所述永磁體為釹鐵硼永磁體或為衫鈷永磁體。
[0025]進一步地，所述第一金屬板與所述第二金屬板為鋁板。
[0026]具體來說，本實施例中，螺旋波等離子體激發(fā)天線上連接著射頻饋入線和射頻接地線，4個永磁體環(huán)和3個鐵環(huán)交替放置，該永磁體環(huán)與鐵環(huán)的半徑形同，從而形成一個圓柱體空腔。在該圓柱體空腔的兩端設(shè)置兩個圓形鋁板。鋁板A上開設(shè)有與放電腔半徑相同的圓孔，放電腔通過該圓孔放置在該圓柱體空腔內(nèi)。并且該放電腔的進氣口和射頻輸入輸出線從鋁板B穿出。放電腔的底部與鋁板A固定。鋁板A和鋁板B之間通過螺栓和螺母相連接。鐵環(huán)在永磁體環(huán)的磁場下可以與永磁體環(huán)緊密的連接在一起，不需要額外的固定裝置。對于永磁體環(huán)和鐵環(huán)的數(shù)量不加以限定，可以根據(jù)具體應(yīng)用場景和需求設(shè)定，具有連續(xù)的可調(diào)性，適用于環(huán)境復雜的太空飛行任務(wù)。
[0027]該螺旋波等離子體電推進裝置工作的時候，由頻率為13.56MHz的射頻源提供等離子體，工質(zhì)氣體進入放電腔內(nèi)，放電腔內(nèi)的氣體被電離，由于螺旋波天線的特殊結(jié)構(gòu)，會在磁場區(qū)形成一個電壓降區(qū)域，通過該電壓降可加速離子，從而產(chǎn)生推力。由永磁體環(huán)與鐵環(huán)交替放置形成的圓柱體空腔提供磁場的同時可以屏蔽天線輻射出來的射頻能，使該推力器不需要額外的電磁輻射屏蔽裝置來保護外部電子元器件和敏感部件，也不需要額外的支撐結(jié)構(gòu)來固定放電腔的位置。如圖2所示，由該特定結(jié)構(gòu)所形成的磁場具有均勻性。
[0028]本實施例中的裝置通過將放電腔設(shè)置與由永磁體環(huán)與鐵環(huán)交替放置的圓柱體空腔內(nèi)，并在該圓柱體空腔兩端設(shè)置兩個金屬板，實現(xiàn)了螺旋波等離子體不需要額外設(shè)置射頻輻射屏蔽器和天線的支撐結(jié)構(gòu)。由于采用鐵環(huán)與永磁體環(huán)交替的結(jié)構(gòu)，降低了裝置的成本。該結(jié)構(gòu)應(yīng)用與航天器平臺上時節(jié)省了自身所占用的空間，提高了整體的工作效率。
[0029]圖3為本發(fā)明螺旋波等離子體電推進裝置剖面示意圖，如圖3所示，所述螺旋波等離子體激發(fā)天線環(huán)繞于所述放電腔外側(cè)，該螺旋波等離子體激發(fā)天線與放電腔的連接關(guān)系與現(xiàn)有技術(shù)中相類似，此處不再贅述。
[0030]圖4為本發(fā)明螺旋波等離子體電推進裝置第二金屬板與放電腔固定示意圖，如圖4所示，本發(fā)明實施例第二金屬板與放電腔的固定方式為:
[0031]所述放電腔的底部設(shè)置外凸環(huán)，所述第二金屬板對應(yīng)所述放電腔開設(shè)圓形通孔，所述放電腔從所述通孔穿入所述圓柱體空腔后，通過螺釘與所述第二金屬板固定。圖5為本發(fā)明螺旋波等離子體電推進裝置放電腔示意圖。
[0032]本實施例，通過放電腔的底部設(shè)置外凸環(huán)，從第二金屬板穿入后通過螺釘與該金屬板固定，便于該放電腔的安裝與拆卸，有利于螺旋波等離子體電推進裝置的使用和維護，延長了螺旋波等離子體電推進裝置的使用壽命。
[0033]最后應(yīng)說明的是:以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種螺旋波等離子體電推進裝置，其特征在于，包括: 螺旋波等離子體激發(fā)天線、石英玻璃制成的放電腔、第一金屬板與第二金屬板、至少一個鐵環(huán)和至少兩個永磁體環(huán)、進氣口 ； 所述鐵環(huán)與所述永磁體環(huán)交替放置形成一個圓柱體空腔，所述第一金屬板和所述第二金屬板分別設(shè)置在所述圓柱體空腔的兩端，與所述第一金屬板、第二金屬板相連接的是永磁體環(huán)，所述放電腔置于所述圓柱體空腔的內(nèi)部，所述放電腔的進氣口和射頻輸入輸出線從所述第一金屬板穿出，所述放電腔的底部與所述第二金屬板固定，所述第一金屬板與所述第二金屬板之間通過螺栓和螺母相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述放電腔的底部與所述第二金屬板固定，包括: 所述放電腔的底部設(shè)置外凸環(huán)，所述第二金屬板對應(yīng)所述放電腔開設(shè)圓形通孔，所述放電腔從所述通孔穿入所述圓柱體空腔后，通過螺釘與所述第二金屬板固定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述永磁體為釹鐵硼永磁體或為釤鈷永磁體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述第一金屬板與所述第二金屬板為鋁板。
【文檔編號】F03H1/00GK104405603SQ201410545980
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月15日
【發(fā)明者】夏廣慶, 郝劍昆, 薛偉華, 王鵬, 鄒存祚, 徐宗琦, 陳香言, 吳秋云, 周念東 申請人:大連理工大學