[發明專利]一種高推進劑利用率固體脈沖等離子體推力器及工作方法

有效

• 申請號: 201710572996.7
• 申請日: 2017-07-14
• 公開（公告）號: CN107178479B
• 公開（公告）日: 2019-01-04
• 發明（設計）人: 武志文;孫國瑞;杜蕊;劉惟恒;郭穎慧;王寧飛;劉向陽;謝侃
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: F03H1/00
• 分類號: F03H1/00
• 代理公司: 北京理工正陽知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 唐華

本發明公開的一種高推進劑利用率固體脈沖等離子體推力器及工作方法，屬于微小衛星航天推進技術領域。本發明包括恒力彈簧、固定推進劑用的上絕緣板、半導體火花塞、增加元沖量用永磁鐵、陰極極板、增加比沖用永磁鐵、陽極極板、高壓電源、主放電電容器、二極管、固定推進劑用的下絕緣板、固體推進劑；分別在陰極極板、陽極極板上增加用于減慢中性氣體前進速度的氣體儲存腔，在氣體儲存腔后側增大極板之間的間距，極板在靠近噴口末端為平行布設；在自感磁場相反方向上添加增加元沖量用永磁鐵；在自感磁場相同方向上添加增加比沖用永磁鐵。本發明能夠提高固體脈沖等離子體推力器的推進劑利用率，具有成本低的優點，適合做微納衛星的主推力器以及各種大衛星的調節裝置。

技術領域

本發明涉及一種固體脈沖等離子體推力器及工作方法，屬于微小衛星航天推進技術領域。

背景技術

成本低、研制周期短、發射靈活且有效載荷低是微小衛星的主要優點，目前微小衛星已在通信、遙感、對地觀測和空間試驗等領域具有廣泛應用。近年來，國內外微小衛星的發展十分迅速，其空間發射數量在整體上呈增長趨勢。由于微小衛星受到總功率、質量和體積的限制，其推進系統需要具備重量輕、功耗低、體積小、壽命長、推力精確等特點。電推進技術具有推力小、比沖高、推力可控等優點，非常適合作為微小衛星的推進技術。作為最早應用于航天任務的電推力器，脈沖等離子體推力器(Pulsed Plasma Thruster)具有比沖高、結構簡單、控制方便靈活、能在低功率下穩定工作等特點，可以滿足微小衛星，尤其是質量小于100kg的微小衛星對系統提出的低功耗和低質量等嚴苛要求。目前已成功應用于位置保持、姿態控制以及軌道轉移等十余次在軌推進任務，是微小衛星電推進系統發展的重要方向。但目前固體脈沖等離子體推力器由于其極低的工作效率(通常小于10％)而飽受詬病。

發明內容

本發明公開的一種高推進劑利用率固體脈沖等離子體推力器及工作方法要解決的技術問題為提高固體脈沖等離子體推力器的推進劑利用率，具有成本低的優點。

本發明的目的是通過下述技術方案實現的。

本發明公開的一種高推進劑利用率固體脈沖等離子體推力器，包括恒力彈簧、固定推進劑用的上絕緣板、半導體火花塞、增加元沖量用永磁鐵、陰極極板、增加比沖用永磁鐵、陽極極板、高壓電源、主放電電容器、二極管、固定推進劑用的下絕緣板、固體推進劑。恒力彈簧用于給固體推進劑提供恒定推力。主放電電容器一端通過二極管與陽極極板相連接，另一端直接與陰極極板連接，并通過高壓電源進行充電。對原有平板極板作如下改進，分別在陰極極板、陽極極板靠近半導體火花塞一側增加用于減慢中性氣體前進速度的氣體儲存腔，在氣體儲存腔后側增大陰極極板與陽極極板之間的間距，且陰極極板與陽極極板在靠近噴口末端為平行布設。半導體火花塞鑲嵌在陰極極板內。在等離子體團產生的自感磁場相反方向上添加增加元沖量用永磁鐵，所述的增加元沖量用永磁鐵固定在氣體儲存腔上，用于減慢等離子體團的前進速度。在等離子體團產生的自感磁場相同方向上添加增加比沖用永磁鐵，所述的增加比沖用永磁鐵固定在極板加速區域，用于增大等離子體的前進速度至滿足推力器的比沖需求。

為防止中性氣體團在未進入氣體儲存腔前從固體推進劑兩側擴散，將固體推進劑端面設計為半圓形凹槽。

為定位增加元沖量用永磁鐵、增加比沖用永磁鐵相對于陰極極板與陽極極板的位置，在陰極極板與陽極極板上增加定位圓柱，所述的圓柱用于與增加元沖量用永磁鐵、增加比沖用永磁鐵進行相互定位與固定。

所述的增加元沖量用永磁鐵根據減慢等離子體的前進速度需要而定，優選一組。所述的增加比沖用永磁鐵數量根據滿足推力器的比沖需求而定，優選一組。

所述的在氣體儲存腔后側增大陰極極板與陽極極板之間的間距的方式，優選由兩段圓弧組成的過渡段。