[發明專利]階梯柵極射頻離子推進裝置

有效

• 申請號: 201510037134.5
• 申請日: 2015-01-23
• 公開（公告）號: CN104595140B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發明（設計）人: 夏廣慶;郝劍昆;王鵬;鄒存祚;徐宗琦
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: F03H1/00
• 分類號: F03H1/00
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司21212
• 代理人: 涂文詩,李洪福

技術領域

本發明實施例涉及航空航天電推進技術領域，尤其涉及一種階梯柵極射頻離子推進裝置。

背景技術

電推進技術是太空飛行器和人造衛星最理想的推進系統。利用能量源(如射頻功率源)將工質氣體電離產生等離子體，然后通過各種加速方式加速等離子體中帶正電的離子使其獲得較高的速度，加速后的離子再與帶負電的電子中和后噴出，產生推力，推動飛行器。電推進技術因其具有高比沖，低能耗，污染小等特點，正逐步取代小推力化學能推進器；并且，對于人類未來的深空探測計劃，電推進系統是唯一可行的推進方案。

在眾多的電推進器中，離子推進器屬于靜電式電推進器。目前已被世界各航天大國作為絕大部分太空飛行器的主、輔推進系統；其中最具代表性的推進器有XIPS-13、NATRA-30等。離子光學系統是離子推進器最重要的部件之一，由屏柵和加速柵組成，承擔著加速離子的重要使命。

但是，由于柵極直接暴露在等離子體環境中，所以等離子體會對柵極產生腐蝕，如何延長柵極的使用壽命是目前各航天大國急需解決的技術難題。

發明內容

本發明實施例提供一種階梯柵極射頻離子推進裝置，以克服現有技術中等離子體對柵極產生腐蝕，柵極的壽命過短的問題。

本發明實施例提供了一種階梯柵極射頻離子推進裝置，包括：

射頻天線、電離室、屏柵、加速柵、中和器；

所述射頻天線環繞在電離室外部，用于激發等離子體，所述電離室提供所述等離子體發生區域，并限制所述等離子體在所述區域內，所述電離室的一端用于輸入工質氣體，所述屏柵、所述加速柵和所述中和器位于所述電離室的另一端，所述屏柵用于引出正離子，所述加速柵用于加速所述正離子，并且所述加速柵的截面為階梯型結構，所述中和器用于發射中和所述正離子的電子。

進一步地，所述電離室的材料為氮化硼。

進一步地，所述柵極的材料為鍺。

本發明實施例階梯柵極射頻離子推進裝置，射頻天線環繞在電離室外部激發等離子體，該電離室的一端用于輸入工質氣體，屏柵、加速柵和中和器位于該電離室的另一端，所述屏柵用于引出正離子，所述加速柵極用于加速所述正離子，并且該加速柵的截面為階梯型結構，所述中和器用于發射中和所述正離子的電子，本發明實施例階梯柵極射頻離子推進裝置，階梯型加速柵極可以降低離子撞擊柵極的機率，減少柵極腐蝕，進而大大延長推進器的壽命。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明階梯柵極射頻離子推進裝置結構示意圖；

圖2為本發明階梯柵極射頻離子推進裝置中加速柵局部放大圖；

圖3為本發明階梯柵極射頻離子推進裝置與傳統離子加速通道發散角數值模擬的結果對比圖；

圖4A為本發明階梯柵極射頻離子推進裝置中離子加速通道與傳統離子加速通道徑向電場數值模擬的結果對比圖；

圖4B為本發明階梯柵極射頻離子推進裝置中離子加速通道與傳統離子加速通道徑向電場數值模擬的結果對比圖；

圖5A為本發明階梯柵極射頻離子推進裝置中離子加速通道與傳統離子加速通道離子數密度數值模擬結果對比圖；

圖5B為本發明階梯柵極射頻離子推進裝置中離子加速通道與傳統離子加速通道離子數密度數值模擬結果對比圖；

圖6為本發明階梯柵極射頻離子推進裝置中加速柵極局部截面尺寸示意圖。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

圖1為本發明階梯柵極射頻離子推進裝置結構示意圖，如圖1所示，本實施例的裝置可以包括：

射頻天線101、電離室102、屏柵103、加速柵104、中和器105；