[發明專利]帶陶瓷噴嘴電極的脈沖等離子體推力器

無效

• 申請號: 200810032461.1
• 申請日: 2008-01-10
• 公開（公告）號: CN101260873A
• 公開（公告）日: 2008-09-10
• 發明（設計）人: 康小明;侯大立;趙萬生
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: F03H1/00
• 分類號: F03H1/00
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及一種動力機械技術領域的推力器，具體是一種帶陶瓷噴嘴電極的脈沖等離子體推力器。

背景技術

傳統的化學推進比沖低、質量大、結構復雜，極大地限制了它在微小衛星上的應用。從上世紀六十年代興起的脈沖等離子體推力器是一種小推力電磁式電推力器，具有比沖高、質量小等優點，可應用于微小衛星的姿態控制、軌道轉移和提升、軌道修正、阻力補償、位置保持、重新定位和離軌處理等任務，相比化學推進可大大節約推進劑，降低發射成本。1974年，美國的一種脈沖等離子體推力器被部署在同步氣象衛星(SMS)上；2000年NASA在EO-1衛星上使用了脈沖等離子推力器，進行軌道修正；俄羅斯早在1964年用六臺同軸型脈沖等離子體推力器擔負金星自動行星際站太陽帆板的定向控制任務。由于近幾年微小衛星發展迅速，我國對脈沖等離子體推力器有較強的需求。脈沖等離子體推力器的最大缺點就是效率低，脈沖等離子體推力器的效率成為制約其發展的關鍵因素。如何提高脈沖等離子體推力器的效率是國內外研究的熱點。

經對有關技術的文獻檢索發現，Gregory?G.Spanjers等在1996年7月AIAA國際電推進會議論文集(AIAA-96)上發表的“Investigation?of?propellantinefficiencies?in?a?pulsed?plasma?thruster”(脈沖等離子體推力器推進劑低效率的研究)，該文中提出脈沖等離子體推力器效率低是由于推進劑的利用率低而引起的加速效率低，提高推力器的效率應提高推進劑的加速效率。其不足在于并沒有給出具體方法來提高推力器的性能。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提供一種帶陶瓷噴嘴電極的脈沖等離子體推力器，使其通過設計合理的電極結構，獲得較佳的電熱加速，提高了衛星發射的脈沖等離子體推力器的性能。本發明提出脈沖等離子體推力器運行過程中的二次加速機制，即將加速過程分為電熱、電磁兩個階段，從改善電熱加速的目的。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括：進給彈簧、點火電路、火花塞、陰極、等離子體、陶瓷噴嘴、陽極、推進劑、高壓電容、電源。陶瓷噴嘴固定在陰極和陽極上，且陶瓷噴嘴靠近推進劑的表面，進給彈簧尾部展開被壓在推進劑的下方，對推進劑產生一個進給力，點火電路為火花塞提供點火放電用的電能，火花塞固定在陰極上，推進劑橫向被進給彈簧和陽極的凸臺固定，縱向則被陰極和陽極固定，高壓電容與陰極和陽極相連，電源通過導線連接到高壓電容的接線柱上。

電極是脈沖等離子體推力器的關鍵部件，它的結構和尺寸直接影響到推力器的性能。本發明提出一種新的電極結構，即帶噴嘴的電極結構。陶瓷噴嘴固定在兩個陰極和陽極上。

本發明運行時，首先，火花塞點火，產生部分電子，這部分電子在陰極和陽極的高壓下撞擊推進劑表面，產生更多的粒子，，粒子在推進劑表面頻繁碰撞，兩極之間逐漸形成等離子區。高壓電容、電極、等離子體之間即形成導電回路。推進劑粒子在電熱加速和放電產生的磁場的作用下加速噴出，產生推力。放電初期，由于等離子體電阻的存在，放電產生大量熱量，燒蝕推進劑，產生更多的粒子，使得推進劑表面的壓力急劇升高，這個過程的加速是由熱能主導的。本發明的目的即是改善電熱加速過程的效率。降低推進劑表面附近的腔體體積是提高推力的有效措施。當推進劑消耗質量不變時，等離子體發生區域體積越小，則壓強越大，加速效果也越好。

為了提高推進劑附近放電區域的壓力，獲得更好的加速性能，設計了帶陶瓷噴嘴電極的等離子體推力器。由于陶瓷噴嘴的存在，放電時在推進劑表面區域形成一個小空間，提高了空間內等離子體的壓力，產生的推力明顯大于不帶陶瓷噴嘴電極的推力器。與傳統電極結構的脈沖等離子體推力器相比，本發明的電熱加速效果好，推力提升明顯。本發明大大提高了脈沖等離子體推力器的電熱加速效率，從而顯著提高了推力器的性能。在消耗同質量推進劑的前提下，本發明的推力提高了18％，降低推力器的點火次數，提高可靠性，從而可以使衛星更快的完成任務，效率提高了30％以上，節省大量的推進劑，間接降低了衛星的發射成本。

附圖說明

圖1為本發明實施例脈沖等離子體推力器的結構示意圖。

圖2為為本發明實施例帶噴嘴的電極結構。

圖中，1為進給彈簧，2為點火電路，3為火花塞，4為陰極，5為等離子體，6為陶瓷噴嘴，7為陽極，8為推進劑，9為高壓電容，10為電源。

具體實施方式