[發(fā)明專利]一種磁聚焦霍爾推力器長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì)下的磁路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810209917.0
• 申請(qǐng)日: 2018-03-14
• 公開（公告）號(hào): CN108307576B
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于達(dá)仁;寧中喜;夏國(guó)俊;李鴻;朱悉銘;劉星宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H05H1/10
• 分類號(hào): H05H1/10
• 代理公司: 哈爾濱市陽(yáng)光惠遠(yuǎn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23211
• 代理人: 劉景祥

本發(fā)明涉及一種磁聚焦霍爾推力器長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì)下的磁路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，屬于霍爾推力器設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域。所述方法首先將陶瓷放電通道壁面厚度、內(nèi)磁屏和外磁屏的厚度均增加，提高推力器使用壽命，然后將陶瓷放電通道壁面后段調(diào)整為分段式結(jié)構(gòu)或使減少陶瓷放電通道后段的陶瓷放電通道壁面的厚度，最終實(shí)現(xiàn)降低勵(lì)磁效率損失。在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中，內(nèi)磁屏和外磁屏采用高導(dǎo)磁率、低熱膨脹系數(shù)的軟磁鐵氧體材料替代DT4C純鐵。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種磁聚焦霍爾推力器長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì)下的磁路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，屬于霍爾推力器設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

霍爾推力器作為一種已經(jīng)成熟在軌應(yīng)用的電推進(jìn)裝置，其推力性能和在軌應(yīng)用的可靠性是目前受廣泛關(guān)注的核心問(wèn)題。霍爾推力器放電通道內(nèi)部的工質(zhì)電離是其工作中最重要的一個(gè)過(guò)程，電子與中性原子發(fā)生碰撞，最終產(chǎn)生離子，離子又在熱化電勢(shì)產(chǎn)生的電場(chǎng)中加速運(yùn)動(dòng)噴出放電通道，最終產(chǎn)生推力，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。隨著航天技術(shù)發(fā)展，長(zhǎng)時(shí)間航天器姿態(tài)和軌道調(diào)整以及深空探測(cè)等航天任務(wù)越來(lái)越要求電推進(jìn)系統(tǒng)具有更高的工作壽命。但是由于霍爾推力器等離子體流的發(fā)散特性，通道內(nèi)的部分離子將會(huì)同通道器壁發(fā)生碰撞，在碰撞過(guò)程中，離子將自身動(dòng)能傳遞給器壁(推力器陶瓷放電通道壁面)從而導(dǎo)致器壁材料發(fā)生濺射侵蝕，成為推進(jìn)器壽命損耗中最重要的問(wèn)題。推力器陶瓷壁面侵蝕不僅造成了器壁的質(zhì)量損失，并且對(duì)保證磁極正常工作的條件構(gòu)成嚴(yán)重威脅，同時(shí)，由于等離子體流與器壁的侵蝕表面的相互作用將影響等離子體放電特性，因此器壁的離子濺射侵蝕過(guò)程不僅是器壁質(zhì)量損失的過(guò)程，其侵蝕表面形貌變化過(guò)程也將影響推進(jìn)器的放電工作狀態(tài)。因此，器壁濺射侵蝕成為影響運(yùn)行穩(wěn)定性和制約壽命的重要問(wèn)題之一。為了能夠適應(yīng)霍爾推進(jìn)器逐步向大推力、高功率和高比沖方向發(fā)展的趨勢(shì)，提高推進(jìn)器適應(yīng)各種飛行任務(wù)的能力，放電通道陶瓷壁面濺射侵蝕對(duì)推力器壽命的影響是實(shí)用化發(fā)展中急需解決的重要問(wèn)題之一。

目前，針對(duì)放電通道壁面侵蝕影響推力器壽命和性能問(wèn)題，主要的解決方案分為兩種，一種是將陶瓷壁面增厚，在盡可能實(shí)現(xiàn)保證性能不變的情況下，以較厚的陶瓷壁面防護(hù)內(nèi)外磁路，并且長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在霍爾推力器長(zhǎng)時(shí)間工作過(guò)程中，離子濺射主要集中在陶瓷放電通道出口區(qū)域，而長(zhǎng)時(shí)間工作過(guò)后，由于壁面變?yōu)闈u擴(kuò)形貌，離子對(duì)壁面的侵蝕作用逐漸降低，因此足夠厚的壁面可以有效提高推力器的使用壽命。另一種方案為采用磁屏蔽技術(shù)對(duì)霍爾推力器放電通道出口附近磁場(chǎng)和陶瓷形貌進(jìn)行前期設(shè)計(jì)，有效減少離子對(duì)壁面的撞擊，但是由于磁屏蔽的磁場(chǎng)特性，其將等離子整體外推，使得推力器羽流發(fā)散角變大，性能略有下降。而本發(fā)明是針對(duì)第一種設(shè)計(jì)方案下產(chǎn)生的問(wèn)題提出解決方法，對(duì)于第二種方案不做贅述。

對(duì)陶瓷放電通道進(jìn)行增厚設(shè)計(jì)后，會(huì)造成內(nèi)磁屏和外磁屏、內(nèi)磁極和外磁極之間間隙增大，磁隙增大造成勵(lì)磁效率下降，同等勵(lì)磁安匝數(shù)情況下，放電通道內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度明顯降低，磁場(chǎng)強(qiáng)度分布及磁力線曲率發(fā)生改變，如果使用提高安匝數(shù)的方法，會(huì)受到勵(lì)磁線圈安裝空間限制，只能提高勵(lì)磁電流，這不僅會(huì)造成勵(lì)磁電流過(guò)大，勵(lì)磁功率的極大提升，也會(huì)造成勵(lì)磁線圈因?yàn)榻苟鸁岬脑蜃陨頍岢练e嚴(yán)重，不利于其穩(wěn)定工作，增大了勵(lì)磁效率損失。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是為了解決霍爾推力器長(zhǎng)壽命增厚陶瓷壁面厚度后帶來(lái)的勵(lì)磁效率大幅降低，磁場(chǎng)參數(shù)改變等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)霍爾推力器整體壽命提升的同時(shí)，減小勵(lì)磁效率的損失，進(jìn)而有效減小勵(lì)磁功耗和勵(lì)磁熱量沉積，并保證磁場(chǎng)參數(shù)近似不變。所采取的技術(shù)方案如下：

一種磁聚焦霍爾推力器長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì)下的磁路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，所述方法為：首先將陶瓷放電通道壁面厚度、內(nèi)磁屏和外磁屏的厚度均增加為各部件原有厚度的2倍，然后將陶瓷放電通道壁面后段調(diào)整為分段式結(jié)構(gòu)或使減少陶瓷放電通道后段的陶瓷放電通道壁面的厚度，最終實(shí)現(xiàn)降低勵(lì)磁效率損失。

進(jìn)一步地，所述方法的具體步驟包括：

步驟一：將陶瓷放電通道的壁面厚度增加至其原有厚度的2倍；