[發(fā)明專利]一種可在三自由度運(yùn)動的陰極支架

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410398482.0
• 申請日: 2014-08-13
• 公開（公告）號: CN104202896A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬成毓;劉輝;陳蓬勃;孫國順;胡鵬;于達(dá)仁
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H05H1/24
• 分類號: H05H1/24;F03H1/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 牟永林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種等離子體推力器的陰極支架，具體涉及一種可在三自由度運(yùn)動的陰極 支架。

背景技術(shù)

陰極是激活霍爾效應(yīng)等離子體推力器，使其點(diǎn)火并維持其正常工作的一種重要的設(shè)備。 現(xiàn)在經(jīng)常使用的陰極類型包括空心陰極，空心陰極的工作原理是通過電流的熱效應(yīng)加熱陰 極內(nèi)部的發(fā)射體材料，使發(fā)射體材料釋放自由電子，自由電子通過電離通過空心陰極的氣 體工質(zhì)產(chǎn)生更多的電子，這些電子在點(diǎn)火電壓或觸持極電壓產(chǎn)生的空間電場下被發(fā)射出陰 極，進(jìn)入推力器的磁場中，在陽極電壓產(chǎn)生的電勢差下沿著磁感線進(jìn)入推力器通道內(nèi)部， 參與氣體工質(zhì)的電離和加速過程。

陰極在推力器中不同的位置和角度會使從陰極射出的電子進(jìn)入不同的磁感線，會影響 進(jìn)入推力器中的電子的密度和分布，進(jìn)而影響氣體工質(zhì)的電離率和加速效果，所以影響了 推力器的推力、效率等宏觀性能參數(shù)。但陰極所在的位置和電子發(fā)射角度的變化對發(fā)動機(jī) 性能參數(shù)的影響是一個復(fù)雜的物理過程，因此需要借助實(shí)驗(yàn)測量來具體分析陰極位置對推 力器整體性能的影響。由于陰極和推力器需要在接近真空的環(huán)境中使用，而且每次開啟和 關(guān)閉真空系統(tǒng)需要消耗較長時間和較多能源，而且在關(guān)閉并重新開啟真空系統(tǒng)的過程中可 能造成其他實(shí)驗(yàn)條件的改變，因此需要盡量在開啟一次真空系統(tǒng)的狀態(tài)下能夠調(diào)節(jié)陰極的 位置和角度，方便快捷并穩(wěn)定地改變實(shí)驗(yàn)的變量。

由于推力器是軸心對稱的結(jié)構(gòu)，而且陰極在正常工作時其電子發(fā)射的方向也與中軸線 在同一平面內(nèi)，因此在設(shè)計陰極支架時需要滿足能夠改變陰極在徑向R、軸向Z的位置和 陰極與中軸線的夾角等三個自由度。陰極需要加熱發(fā)射體才能正常工作，在正常工作時溫 度很高，可達(dá)約1800K，因此在設(shè)計時需要注意將電機(jī)等受熱易損壞的部件遠(yuǎn)離陰極和推 力器工作的羽流區(qū)域。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有陰極支架，在不關(guān)閉并重新開啟真空系統(tǒng)的條件下，不 便改變陰極位置和角度的問題。進(jìn)而提供一種可在三自由度運(yùn)動的陰極支架。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種可在三自由度運(yùn)動的陰極支架，包括第一轉(zhuǎn)速直流減速電 機(jī)、第二轉(zhuǎn)速直流減速電機(jī)、聯(lián)軸器、傳動絲桿、橫向定位板、縱向定位板、多個定位絲 桿、多個光滑管、多個定位墊片、帶槽螺母固定板、平板螺母固定板、傘齒輪配合機(jī)構(gòu)、 錐齒輪定位板、直尺、量角器、指針條、錐齒輪短螺桿、陰極基板、絕緣陶瓷板、陰極孔 板和多個陶瓷墊片，橫向定位板包括相互平行設(shè)置的第一橫向定位板、第二橫向定位板、 第三橫向定位板和第四橫向定位板，縱向固定板包括相互平行設(shè)置的第一縱向固定板、第 二縱向固定板、第三縱向固定板和第四縱向固定板；

光滑管內(nèi)部設(shè)有定位絲桿，多根光滑管和傳動絲桿分別穿過橫向定位板和縱向定位板 上的通孔，第二橫向定位板和第三橫向定位板的兩端分別與第二縱向定位板和第三縱向定 位板固定連接，帶槽螺母固定板設(shè)有供傳動絲桿通過的通孔，帶槽螺母固定板通過平板螺 母固定板分別與橫向定位板和縱向定位板固定連接，第一轉(zhuǎn)速直流減速電機(jī)和第二轉(zhuǎn)速直 流減速電機(jī)分別通過聯(lián)軸器與傳動絲桿固定連接；

兩錐齒輪定位板分別固定連接在第四橫向定位板的兩端，傘齒輪配合機(jī)構(gòu)設(shè)于兩錐齒 輪定位板中間且其一端與傳動絲桿通過螺栓配合，另一端與第四橫向定位板接觸配合；錐 齒輪短螺桿的一端穿過錐齒輪定位板且其通過兩螺母夾緊量角器，錐齒輪短螺桿的另一端 穿過錐齒輪定位板以擰緊陰極基板，陰極基板與錐齒輪短螺桿通過螺栓與陶瓷墊片連接， 指針條兩端的螺栓使其與錐齒輪短螺桿的位置相對固定，絕緣陶瓷板與陰極基板和陰極孔 板固定配合；第二橫向定位板、第三橫向定位板、第二縱向固定板和第三縱向固定板的側(cè) 面均設(shè)有與直尺固定連接的螺紋孔。

本發(fā)明的有益效果是：通過在真空罐外調(diào)節(jié)不同電機(jī)的控制開關(guān)，能夠?qū)崿F(xiàn)在不關(guān)閉 并重新打開真空系統(tǒng)的情況下調(diào)節(jié)陰極的徑向和軸向位置以及陰極的角度，能夠方便快速 的研究陰極的不同位置和角度對推力器性能參數(shù)的影響，通過錐齒輪的進(jìn)一步減速設(shè)計， 能夠更精確的控制陰極的角度，可以更細(xì)致研究陰極的角度變化對推力器性能參數(shù)的影響， 同時能夠?qū)㈦姍C(jī)系統(tǒng)遠(yuǎn)離高熱的陰極，達(dá)到保護(hù)電機(jī)正常工作的目的，對陰極和陰極支架 之間進(jìn)行絕緣設(shè)計，能夠避免在高電壓的情況下推力器和陰極支架之間發(fā)生擊穿的情況， 保證了陰極的正常工作。

附圖說明

圖1是本發(fā)明可在三自由度運(yùn)動的陰極支架的剖視俯圖。