[發明專利]一種多級會切磁場等離子體推力器的電流均化磁場結構

有效

• 申請號: 201410440268.7
• 申請日: 2014-09-01
• 公開（公告）號: CN104202895B
• 公開（公告）日: 2017-01-04
• 發明（設計）人: 劉輝;馬成毓;孫國順;胡鵬;陳蓬勃;于達仁
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H05H1/14
• 分類號: H05H1/14
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所23109
• 代理人: 岳泉清

技術領域

本發明涉及一種電流均化磁場結構，具體涉及一種多級會切磁場等離子體推力器的電流均化磁場結構。

背景技術

多級會切磁場等離子體推力器是基于霍爾推力器的原理發展的一種新型電推力器。該推力器的放電通道的外圍是陶瓷套筒，并采用多級反向永磁鐵形成會切磁場，形成的會切磁場能夠束縛由位于放電通道外的陰極發射的自由電子，自由電子會沿著磁感線做螺旋運動，并在通道上游的陽極施加的高電壓產生的電場的作用下向陽極方向運動，自由電子受到會切磁場的磁鏡作用，在兩個磁鏡尖端處來回運動。電子與從通道上游進入的中性氣體工質，通常為氙原子，發生碰撞，在電子能量足夠大的基礎上，氙原子被電子電離，形成一個正一價的氙離子和另外一個負一價的自由電子，氙離子在空間電場的作用下加速噴射出推力器的放電通道，產生推力。自由電子在碰撞的過程中能量減小，進入下一級會切磁場產生的磁鏡中，直到最后到達陽極區，形成放電回路。陰極產生的另一部分自由電子會中和從推力器中噴射出的正一價氙離子。

這種多級會切磁場的設計可以分離電離區域和加速區域，磁鏡效應能夠有效的束縛電子，提高了氣體工質的電離率和推力器的推力、效率。

氣體工質的電離率是影響推力器的推力、效率及比沖等整體性能參數的一個重要因素，電離過程是電子與中性原子碰撞的過程，因此磁場能否有效地束縛住電子起到了關鍵作用。現在普遍的多級等離子體推力器沿陶瓷通道壁面處的磁場強度很強，導致在靠近壁面處的磁感線上沒有產生明顯的磁鏡效應，同時由磁鏡尖端發射的磁感線多在陶瓷壁面處強磁場壓力的作用下靠近中軸線，因此多數電子沿著靠近通道中軸線的位置進入通道上游。

被電離之后的離子在吸收電子變成中性原子的過程中，電子在能級躍遷時會向外輻射電磁波，大量電磁波的集中輻射就會形成明亮的光柱，而中性原子的電離和正一價離子的中和都會發生在電子密度較高的地方，因此可以認為有明亮光柱的地方就是中性原子電離率較高的地方。

在推力器的工作過程中能夠發現沿著推力器的放電通道中心直徑約5mm的區域內有一條明亮的光住，而放電通道中其他半徑范圍的亮度會低很多，實驗完成后檢查不銹鋼陽極表面能夠發現在中心處有一個直徑約3mm，深度約1.5mm的離子腐蝕凹槽。因此可以判斷電子在放電通道中分布不均勻，主要沿軸線附近區域運動，這導致了放電通道中其他半徑范圍的中性氣體沒有被充分電離，影響了電離率，進而影響了推力、效率等推力器整體性能參數。

電子形成的空間加速電場的方向幾乎是垂直于磁分界面的，因此磁分界面的角度對羽流角度的影響很大，進而影響了發動機的推力、效率等推力器整體性能參數，現在的多級會切磁場等離子體推力器的磁分界面角度受永磁鐵的尺寸配合影響，調節較不方便。

在對多級會切磁場等離子體推力器的磁場位形設計過程中，應該考慮到電子運動位置的均化問題，減小磁分界面的角度，同時應該盡量簡化推力器結構、減輕推力器質量并減少實驗成本。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有多級會切磁場等離子體推力器的放電通道壁面處的磁場強度太高，磁鏡尖端處發射的磁感線太靠近放電通道中軸線而導致的電子分布不均勻，電離率低，以及磁分界面角度較大的問題。進而提供一種多級會切磁場等離子體推力器的電流均化磁場結構。

本發明的技術方案是：一種多級會切磁場等離子體推力器的電流均化磁場結構包括外殼、兩個固定端板、陶瓷套筒、出口陶瓷墊片、陽極和通氣器、多個磁場引導環、多個環形永磁體和多個導磁環，兩個固定端板分別安裝在外殼的上下表面上，陶瓷套筒豎直安裝在外殼內，且陶瓷套筒的下端伸出外殼，陽極和通氣器安裝在陶瓷套筒內壁底端并伸出陶瓷套筒的底端，外殼的內側壁與陶瓷套筒的外側壁之間的上下端面上分別設有一個導磁環，兩個反向的環形永磁體扣合組成永磁體環，永磁體環內設有一個導磁環組成一個組件，多個組件分別水平安裝在陶瓷套筒和外殼之間的內腔內，且多個組件分別位于所述內腔內的上部和下部，外殼的內側壁設有多個磁場引導環。

本發明與現有技術相比具有以下效果：

1.本發明能夠代替同等高度的永磁鐵，磁鏡尖端處仍然可以產生磁鏡效應，將磁鏡尖端之間的陶瓷通道壁面處的磁場強度減小到小于中軸線出的磁場強度，使得電子在靠近陶瓷壁面區域的磁感線上能夠產生更有效的磁鏡效應，

2.本發明能夠使放電通道中軸線處的磁感線向半徑較大的方向拓展，使電子在沿著磁感線運動時能夠運動到半徑較大的區域。