[發(fā)明專利]一種基于電子源熱調(diào)節(jié)的霍爾推力器在軌增效和穩(wěn)定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611131321.0
• 申請日: 2016-12-09
• 公開（公告）號: CN106704131B
• 公開（公告）日: 2019-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 寧中喜;孟天航;于達仁
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 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(wù)所 23109
• 代理人: 岳昕

一種基于電子源熱調(diào)節(jié)的霍爾推力器在軌增效和穩(wěn)定方法，涉及提高航天電推進霍爾推力器效率的方法，為了提高航天電推進霍爾推力器效率和穩(wěn)定性。該方法包括：點火時，熱子正反饋加熱發(fā)射體；在軌增效時，熱子負反饋加熱發(fā)射體。本發(fā)明適用于提高航天電推進霍爾推力器效率和穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及提高航天電推進霍爾推力器效率的方法。

背景技術(shù)

霍爾推力器是一種廣泛應(yīng)用的等離子體推進裝置。它的主要特點是內(nèi)部有較強電場。該電場通過氣體放電電離中性氣體，生成的帶電荷的重粒子會在電場力的作用下加速噴出霍爾推力器。整個電離-加速所產(chǎn)生的反作用力(推力)被用于各種航天器的位置保持、軌道轉(zhuǎn)移等。

研究發(fā)現(xiàn)，霍爾推力器的一個子部件——空心陰極對整機的推力有顯著影響，其中的一種機制是通過改變粒子的加速電壓來改變整機的推力。整機推力和粒子加速電壓之間的關(guān)系為：

式中，F(xiàn)為粒子加速產(chǎn)生的推力，單位為N；

為推進劑質(zhì)量流量，單位為kg/s；

Z為粒子帶的電荷數(shù)；Z>＝1；

e為電子電荷，等于1.6X10^-19C；

V_acc為粒子加速電壓，單位為V；

M_i為粒子質(zhì)量，單位為kg；

U_d為電源輸出的放電電壓(恒壓)，單位為V；

Δ為將中性原子電離需要付出的電壓損失，單位為V；

U_cp——電子從陰極輸運到加速管所需要的電壓損失，單位為V；

改變陰極加速電壓是通過改變U_cp間接實現(xiàn)的。U_cp有兩個功能，一是將一部分電子輸運到加速管內(nèi)部，不斷為加速管內(nèi)部的電離提供“種子”；二是將另一部分電子輸運到噴出的離子束流中，以滿足等離子體的準中性屬性。由于電源輸出電壓是有限且恒定的，U_cp這種與重粒子加速無關(guān)的損失越小，則對于加速有實際貢獻的電壓就越大。

目前已知的U_cp包含兩個部分：U_cp＝U_s+U_p；

式中，U_s為將電子從陰極表面引出至陰極鞘層邊緣需要的壓降，單位為V；U_p為將電子從鞘層邊緣輸運到離子流需要的壓降，單位為V；

根據(jù)經(jīng)典的電子熱發(fā)射理論：

式中，ε₀為真空介電常數(shù)，等于8.85X10-¹²F；

e為電子電荷，等于1.6X10^-19C；

k為玻爾茲曼常數(shù)，等于1.38*10²³m²kg s^-2K^-1；

T_e為電子溫度，單位為K；

n_e為等離子體密度，單位為1/m³；

為熱電子發(fā)射功函，單位為J；

S為陰極表面積，單位為m²；

A為Richardson-Dushman系數(shù)；

T為陰極表面溫度，單位為K；