[發(fā)明專利]一種基于磁場作用的真空等離子體生成的放電電極結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610151028.4
• 申請日: 2016-03-16
• 公開（公告）號(hào): CN105704903B
• 公開（公告）日: 2019-03-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉文正;竇志軍;陳修陽;崔偉勝
• 申請（專利權(quán)）人: 北京交通大學(xué)
• 主分類號(hào): H05H1/34
• 分類號(hào): H05H1/34;H05H1/04
• 代理公司: 北京市商泰律師事務(wù)所 11255
• 代理人: 王曉彬

本發(fā)明公開了一種基于磁場作用的真空等離子體生成的放電電極結(jié)構(gòu)，置于真空環(huán)境中，包括陰極、陽極和絕緣部件，陰極包括一金屬圓柱體，金屬圓柱體的一端設(shè)置有圓錐體，圓錐體的錐端作為陰極的放電端；絕緣部件包括一套裝包裹陰極的筒狀絕緣部，筒狀絕緣部的一端設(shè)有喇叭狀放射絕緣部；陽極包括一環(huán)狀陽極以及一螺旋管狀陽極；筒狀絕緣部的一端通過環(huán)狀陽極連接喇叭狀放射絕緣部；螺旋管狀陽極為單層或多層帶絕緣的金屬線螺旋纏繞在絕緣部件的外部；環(huán)狀陽極以及螺旋管狀陽極的軸線與陰極圓錐體的錐端中心線保持重合；陰極通過接線柱與外電路的負(fù)高壓端子相連接，螺旋管狀陽極的一個(gè)端子與環(huán)狀陽極直接連接，螺旋管狀陽極的另一端通過導(dǎo)線接地。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微小衛(wèi)星應(yīng)用的電推進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種等離子體生成的放電電極結(jié)構(gòu)，更具體的涉及一種生成高密度、高能量、定向噴射等離子體的放電電極。

背景技術(shù)

真空環(huán)境內(nèi)放電產(chǎn)生金屬等離子體，這些金屬等離子體具有很高的能量，其特性與電極結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。當(dāng)電弧電流較小時(shí)，真空電弧的形態(tài)呈擴(kuò)散態(tài)，產(chǎn)生具有一定運(yùn)動(dòng)能量的等離子體。金屬等離子體可應(yīng)用于離子束表面分析技術(shù)及離子注入技術(shù)；針對于宇宙空間的真空環(huán)境，可利用電極提供金屬等離子體來產(chǎn)生推力，無需攜帶額外的推進(jìn)劑，而且利用放電電流流過陽極螺線管部分產(chǎn)生磁場無需外加電磁線圈，減小了推進(jìn)器尺寸，可應(yīng)用于小型衛(wèi)星姿態(tài)微調(diào)的推進(jìn)系統(tǒng)。

在現(xiàn)有的技術(shù)中,真空放電大多采用錐-板電極以及錐-筒電極。錐-板電極產(chǎn)生的等離子體在軸向傳播時(shí)會(huì)被板狀陽極阻擋，能利用的僅為少部分徑向傳播的等離子體；錐-筒電極生成的等離子體在軸向的傳播未被阻擋，但是由于電場線的作用在傳播過程中會(huì)在徑向擴(kuò)散，因而軸向等離子體的密度、能量會(huì)顯著降低。

中國專利CN102869181A提了“用于等離子體推進(jìn)器的電極結(jié)構(gòu)及電極固定結(jié)構(gòu)”，通過設(shè)計(jì)圓柱狀陰極和開喇叭口狀的陽極，利用放電時(shí)等離子體對絕緣壁的燒蝕，產(chǎn)生高能量、高密度的等離子體，一定程度上提升了此類推進(jìn)器的推進(jìn)性能。但是該專利的電極結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的等離子體在軸向傳播過程中并未有效抑制徑向擴(kuò)散的等離子體，會(huì)損失一定的加速能量，影響推進(jìn)器的性能。文獻(xiàn)“竇志軍,劉文正,陳修陽.真空放電中磁場對等離子體生成特性的影響[J].真空,2015,03:59-62.”中提到的電極為錐螺旋狀電極，提出了使用螺旋狀陽極產(chǎn)生軸向磁場對等離子體產(chǎn)生約束、定向作用的理論，同時(shí)定量地對比了錐筒狀電極和錐螺旋狀電極產(chǎn)生的等離子體密度，證明了錐螺旋電極能夠利用磁場提高等離子體產(chǎn)生密度和定向性。但是，該文獻(xiàn)只是提出和驗(yàn)證了螺旋狀陽極結(jié)構(gòu)能夠有效束縛等離子體理論，并沒有綜合電、磁場角度全面對電極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化。

本發(fā)明即發(fā)明人基于在先發(fā)表的理論研究提出的實(shí)踐結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種用于真空等離子體生成的放電電極結(jié)構(gòu)。通過合理的電極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用陰、陽極相互配合，在陰極尖端近旁產(chǎn)生較強(qiáng)電場區(qū)，降低了電極的起始放電電壓；利用陽極螺線管部分，在電極內(nèi)部腔體中產(chǎn)生較強(qiáng)軸向磁場，能夠有效地約束等離子體，減少等離子體的徑向擴(kuò)散，增加電極噴射出的等離子體密度和能量。

本發(fā)明的目的在于提供一種真空等離子體放電電極結(jié)構(gòu)，既能解決現(xiàn)有錐-板電極在放電過程中只能利用沿電極徑向擴(kuò)散的等離子體密度較小的問題，又能解決錐-筒類電極真空放電時(shí)等離子體由于徑向擴(kuò)散致使軸向能量下降快的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于磁場作用的真空等離子體生成的放電電極結(jié)構(gòu)，置于真空環(huán)境中，包括陰極、陽極和絕緣部件，所述陰極包括一金屬圓柱體，金屬圓柱體的一端設(shè)置有圓錐體，圓錐體的錐端作為陰極的放電端；絕緣部件包括一套裝包裹陰極的筒狀絕緣部，筒狀絕緣部的一端設(shè)有喇叭狀放射絕緣部；陽極包括一環(huán)狀陽極以及一螺旋管狀陽極；其中，