[發明專利]一種基于多級尖端會切磁場的等離子體推力器

無效

• 申請號: 201310367179.X
• 申請日: 2013-08-21
• 公開（公告）號: CN103397991A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 孫國順;劉輝;于達仁;馬成毓;趙隱劍;陳蓬勃
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: F03H1/00
• 分類號: F03H1/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 張利明

技術領域

本發明涉及等離子推進領域。

背景技術

電推進具有比沖高、壽命長、結構緊湊、體積小何污染輕等優點，因此逐漸受到航天界的注意和青睞。其中霍爾推力器和離子推力器是目前應用最為廣泛的空間電推進裝置。

霍爾推力器采用內外同軸的勵磁線圈以產生主要為徑向的磁場，并通過圓環形的放電通道實現電離并加速等離子體以產生推力。缺點是內壁面熱載荷大，溫度高；其徑向磁場不能夠對等離子體束流進行完全控制，離子對陶瓷壁面的濺射腐蝕嚴重，推力器壽命短。

離子推力器采用電離室加柵極的設計。通過在整個柵極施加負偏壓，對離子進行靜電加速。優點是羽流發散角低（小于10°），具有更高的效率以及更長的壽命。缺點是推力器結構尺寸過大，功率密度低；柵極腐蝕嚴重，影響壽命。

發明內容

本發明是為了解決現有推力器由于離子對陶瓷壁面的濺射腐蝕嚴重而導致壽命短和進一步解決現有推力器功率密度低的問題，提出了一種基于多級尖端會切磁場的等離子體推力器。

一種基于多級尖端會切磁場的等離子體推力器，它包括陽極、電源、圓形陶瓷腔體、空心陰極、多塊圓環形永磁體、多個導磁環；所述的圓環形永磁體的個數大于或等于3，

所述的圓形陶瓷腔體的底部設置有工質射流孔，在所述工質射流孔的周圍設有陽極，

所述的圓形陶瓷腔體沿工質射流的發射方向分為前段A、中段B和后段C，所述的前段A為圓桶形結構，中段B為軸截面為等腰梯形的圓筒形結構，后段C為圓筒形結構，且前段A的內徑大于后段C的內徑，每塊圓環形永磁體為軸向充磁，所述的多塊圓環形永磁體依次套在圓形陶瓷腔體的側壁上，且相鄰的兩塊圓環形永磁體的充磁方向相反，每相鄰的兩塊圓環形永磁體之間固定有導磁環，

所述的電源的正極與陽極電連接，所述的電源的負極與空心陰極電連接，且空心陰極位于圓形陶瓷腔體出口側。

所述的圓環形永磁體的個數小于15。

所述的圓形陶瓷腔體3的底部設置的工質射流孔的內徑小于該圓形陶瓷腔體3前段A的內徑。

原理分析：本發明所述的多個圓環形永磁體包圍圓形陶瓷腔體，且相鄰的兩塊圓環形永磁體極性相反放置，會形成主要為徑向的會切磁場，相鄰兩塊圓環形永磁體之間形成磁尖端，在磁尖端，磁場主要為徑向，從圓形陶瓷腔體的底壁的圓孔向圓形陶瓷腔體的通道內進行工質射流，電子由于磁鏡效應，被有效地阻礙，避免與壁面的碰撞，因此電子沿著彎曲的磁力線做螺旋線運動；并通過陽極和圓形陶瓷腔體出口處的空心陰極組成放電回路進行對等離子體進行電磁加速，保證較高功率密度，等離子體的加速在圓形陶瓷腔體出口處，電離在圓形陶瓷腔體的通道內，加速區和電離區幾乎分離。

本發明帶來的有益效果是：

一、對使用壽命的提高：由于在放電通道內取消了內芯結構和柵極結構，并通過會切磁場約束作用，有效的阻礙和避免了電子與壁面的碰撞，進而避免了離子的濺射腐蝕，大大提高了推力器壽命，壽命提高超過40%。

二、推力密度方面，避免了空間電荷飽和效應，增加了單位面積的推力密度，推力密度提高了5%；相對于霍爾推力器來說其濺射和加熱程度更低。

三、功率密度方面，通過陽極和圓形陶瓷腔體出口處的空心陰極組成放電回路進行對等離子體進行電磁加速，提高了功率密度，使功率密度提高了5%。

本發明所述的一種基于多級尖端會切磁場的等離子體推力器能夠工作在更高的放電電壓下，因此該推力器的推力和比沖范圍更寬。

附圖說明

圖1為本發明所述的一種基于多級尖端會切磁場的等離子體推力器的原理示意圖；附圖標記7表示磁尖端，附圖標記8表示電離區，附圖標記9表示加速區，附圖標記10表示工質射流。

圖2為具體實施方式三所述的一種基于多級尖端會切磁場的等離子體推力器所形成的磁場位形原理示意圖。

圖3為具體實施方式三所述的一種基于多級尖端會切磁場的等離子體推力器所形成的磁場位形下的通道內等離子體的電勢變化示意圖。

圖4為具體實施方式三所述的一種基于多級尖端會切磁場的等離子體推力器的原理示意圖。

具體實施方式

具體實施方式一：參見圖1說明本實施方式，本實施方式所述的一種基于多級尖端會切磁場的等離子體推力器，它包括陽極1、電源2、圓形陶瓷腔體3、空心陰極4、多塊圓環形永磁體5、多個導磁環6；所述的圓環形永磁體5的個數大于或等于3，

所述的圓形陶瓷腔體3的底部設置有工質射流孔，在所述工質射流孔的周圍設有陽極1，