[發(fā)明專利]一種高效率雙狀態(tài)固體脈沖等離子體推力器

有效

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• 申請日: 2017-10-17
• 公開（公告）號: CN107587989B
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 武志文;孫國瑞;曾鈴漢;杜蕊;劉惟恒;李航;王寧飛;劉向陽;謝侃
• 申請（專利權(quán)）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(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11639
• 代理人: 毛燕

本發(fā)明涉及一種高效率雙狀態(tài)固體脈沖等離子體推力器，屬于等離子體微推進領(lǐng)域。該推力器的優(yōu)化陰極與優(yōu)化陽極交叉放置，需保證二者的燒蝕區(qū)域橫板相互平行；優(yōu)化陰極與優(yōu)化陽極的燒蝕區(qū)域橫板間的空間中放置固體推進劑；所述燒蝕區(qū)域橫板與絕緣塞接觸連接；支撐板置于燒蝕區(qū)域與主放電電容器之間；所述的主放電電容器通過連接銅板與優(yōu)化電極相連接，并通過高壓電源進行充電。本發(fā)明增強了推力器本體的一體性，去除了傳統(tǒng)推力器的火花塞點火裝置，提高了推力器的工作可靠性；且明顯提高了推力器的比沖與工作效率，使其更加適合做微小衛(wèi)星的主推力器及擔任大衛(wèi)星的巡航任務(wù)，包括姿態(tài)控制、位置保持、阻力補償?shù)取?/p>

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高效率雙狀態(tài)固體脈沖等離子體推力器，屬于等離子體微推進領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來，隨著國內(nèi)外微小衛(wèi)星的迅速發(fā)展，各種空間微推力器需求呈現(xiàn)出增長趨勢。作為最早應(yīng)用于航天任務(wù)的電力式微推力器，固體脈沖等離子體推力器具有高比沖、結(jié)構(gòu)簡單、控制方便靈活、能在低功率下穩(wěn)定工作等特點，可滿足微小衛(wèi)星，尤其是質(zhì)量小于100kg的微小衛(wèi)星對推力器提出的低功耗和低質(zhì)量等嚴苛要求。目前其已成功應(yīng)用于位置保持、姿態(tài)控制以及軌道轉(zhuǎn)移等在軌推進任務(wù)，是微小衛(wèi)星電推進系統(tǒng)發(fā)展的重要方向。但固體脈沖等離子體推力器仍存在著工作效率低、高頻(～100Hz)下工作可靠性低等缺點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在工作效率低、高頻下工作可靠性低的問題，提供一種高效率雙狀態(tài)固體脈沖等離子體推力器。

本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種高效率雙狀態(tài)固體脈沖等離子體推力器，包括：優(yōu)化電極、支撐板、主放電電容器、連接銅片、絕緣塞和固體推進劑。

優(yōu)化電極由優(yōu)化陰極和優(yōu)化陽極組成；

所述的優(yōu)化陰極由燒蝕區(qū)域和加速區(qū)域組成；燒蝕區(qū)域的側(cè)壁上垂直固定有橫板；加速區(qū)域為燒蝕區(qū)域側(cè)壁的外延伸部分，需保證加速區(qū)域與燒蝕區(qū)域側(cè)壁的原延伸方向成角度；

所述優(yōu)化陽極與優(yōu)化陰極相同；

所述支撐板的側(cè)面端部帶有絕緣塞，以避免優(yōu)化電極的相互串電；

所述的固體推進劑為扁平狀的固體推進劑，以降低啟動電壓；

所述的優(yōu)化陰極與優(yōu)化陽極交叉放置，需保證二者的燒蝕區(qū)域橫板相互平行；優(yōu)化陰極與優(yōu)化陽極的燒蝕區(qū)域橫板間的空間中放置固體推進劑；所述燒蝕區(qū)域橫板與絕緣塞接觸連接；支撐板置于燒蝕區(qū)域與主放電電容器之間；所述的主放電電容器通過連接銅片與優(yōu)化電極相連接，并通過高壓電源進行充電。

所述的優(yōu)化電極的加速區(qū)域與燒蝕區(qū)域側(cè)壁的原延伸方向成角度，所述角度為70°～90°；

所述的支撐板上還固定安裝有恒力彈簧，恒力彈簧給固體推進劑提供推力；

所述優(yōu)化電極的燒蝕區(qū)域遠離支撐板的一端處帶有凸臺，以便固定固體推進劑；

所述放置固體推進劑的空間處，長度與高度的比例越大，推力器性能越好；

所述優(yōu)化電極加速區(qū)域的寬度與所述優(yōu)化電極兩個加速區(qū)域的間距的比例越小，推力器性能越好；

所述主放電電容器的容值為0.01-0.05μF，初始放電電壓為2500-3500V，放電頻率允許大于100Hz；

工作過程：脈沖直流高壓電源先給主放電電容器充電至所需高壓。當優(yōu)化電極燒蝕區(qū)域橫板兩端電壓達到擊穿電壓時，優(yōu)化電極自行擊穿，其間的大電流燒蝕固體推進劑產(chǎn)生少量中性氣體。在高電壓的作用下，燒蝕出的中性氣體被瞬間電離成等離子體團。當產(chǎn)生的等離子體團脫離推進劑表面后，將被優(yōu)化極板加速區(qū)域加速至被推出，產(chǎn)生脈沖推力。

有益效果