[發明專利]用于等離子體推進器的電極結構及電極固定結構

有效

• 申請號: 201210326620.5
• 申請日: 2012-09-05
• 公開（公告）號: CN102869181A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發明（設計）人: 劉文正;張德金;王浩
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: H05H1/34
• 分類號: H05H1/34;F03H1/00
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 毛燕生

技術領域

本發明屬于微小衛星應用的電推進技術領域，涉及一種用于等離子體推進器的電極結構，更具體的涉及一種應用該電極結構的圓筒內表面放電的脈沖等離子體推進器。

背景技術

對于空間推進系統而言，目前研究較多的是化學推進系統和電推進系統。傳統化學任務推進系統應用于微小衛星，質量和體積較大、比沖小、結構復雜，極大地限制了它在微小衛星上的應用，而各種類型的電推進系統恰好可以彌補這一不足，成為微小衛星推進系統的理想選擇。在諸多的電推進系統中，脈沖等離子體推力器是一種小推力電磁式推力器，具有比沖高、質量小等優點，可用于微小衛星的姿態控制、位置保持和阻力補償，實現精確編隊飛行。

脈沖等離子體推進器目前仍存在許多問題有待研究解決，其中最明顯的問題之一就是效率低，具體表現在推力較小、放電時產生的等離子體密度較小等。而推進效率低的主要原因是推進劑的利用率低而引起的加速效率低，以及電極結構設計不合理等。此外，對于傳統的脈沖等離子體推進器一般需要設計火花塞以及供給彈簧，然而，推進器點火放電存在一定的隨機性，并且太空環境中供給彈簧會由于失重可能會失去工作性能，從而會影響脈沖等離子體推進器工作性能的穩定性。

中國專利CN101260873A和CN102297105A中分別提出了一種“帶陶瓷噴嘴電極的脈沖等離子體推進器”和“側壁面設置陶瓷噴嘴的脈沖等離子體推進器”，通過在金屬電極上設置陶瓷噴嘴，一定程度上改善了加速性能。但是兩個專利均將絕緣的陶瓷噴嘴設置在金屬電極上，這會增加主放電回路的電阻，降低相同放電能量下的放電電流，從而影響脈沖等離子體推進器的電磁加速效果和推力效果。

發明內容

本發明針對現有技術存在的缺陷，提出了一種用于等離子體推進器的電極結構，通過合理的電極結構設計，利用放電后筒內外的氣壓差所產生的氣動力從而獲得較好的電熱加速效果，有效改善了脈沖等離子體推進器的推力效果和工作效率。

本發明的目的在于提供一種推力效果好、放電后得到的等離子體密度大、結構簡單的用于等離子體推進器的電極結構。

為解決上述技術問題，實現本發明的目的，本發明提供的技術方案為：一種用于等離子體推進器的電極結構，包括陰極和陽極，所述的陰極為圓柱狀陰極，陰極的一端插入一具有通孔的筒狀絕緣體，絕緣體的另一端設有陽極，其中，陽極內部設有中空腔體，腔體與筒狀絕緣體的通孔同軸向設置，并且腔體的截面面積沿筒狀絕緣體軸向延長方向遞增。

所述的筒狀絕緣體的內表面設有螺紋。所述的螺紋為單線螺紋或雙線螺紋。

所述陽極內部的腔體的一端截面與筒狀絕緣體內的通孔直徑相同且連接為一體。

所述腔體的邊界與筒狀絕緣體的通孔軸線成形有夾角α，夾角α在5°-60°之間，本發明中夾角α為20°。

所述陽極內部的腔體為圓臺形，其上底面直徑與筒狀絕緣體內的通孔直徑相同，下底面直徑與筒狀絕緣體的外直徑相同。

本發明還提供了一種用于固定等離子體推進器的電極結構的固定結構，包括可旋轉構件，該可旋轉包括兩個相對設置并分開固定距離的半圓形構件結構，其中，所述陰極通過支撐結構固定于左半圓構件上，支撐結構包括一固定在左半圓構件上的支撐桿，支撐桿頂部設有一支撐孔，支撐孔內安裝有一旋擰件，陰極位于筒狀絕緣體外的部分固定在旋擰件上；所述兩半圓構件可圍繞固定軸線旋轉。

本發明還提供了一種應用等離子體電極結構的等離子體發生電路。

本發明另外還提供了一種應用等離子體電極結構的等離子體發生裝置。

本發明對比已有技術具有以下優點：

傳統等離子體推進器放電后產生等離子體的運動方向與噴射方向垂直，需通過電磁力改變帶電粒子的運動方向實現噴射，本發明中陰極、陽極以及聚四氟絕緣體均為軸向（即噴射方向）布置，放電后產生等離子體的運動方向即與噴射方向一致；圓筒狀絕緣體內表面的螺紋結構設計增大了爬電距離，使放電后產生的等離子體與絕緣體內表面碰撞次數增多，得到的等離子體密度更大；本發明設計了噴嘴狀陽極，陽極管的截面積逐漸變大，可以盡可能的減少因流道突然變大而產生的局部損耗；放電時各種粒子碰撞聚四氟內表面，聚四氟表面表面被燒蝕且溫度升高，導致聚四氟筒內氣壓急劇升高，而陽極腔體內的壓力相對筒內還比較低，放電生成的等離子體在內外壓差產生的氣動擴展力作用下加速噴出，從而可以明顯改善體推進器的推力效果和工作效率。