[發(fā)明專利]一種基于多陽極電極結(jié)構(gòu)的燒蝕型脈沖等離子體推進(jìn)器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811190231.8
• 申請日: 2018-10-12
• 公開（公告）號: CN109578233B
• 公開（公告）日: 2020-07-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 崔偉勝;劉文正;高永杰
• 申請（專利權(quán)）人: 北京交通大學(xué)
• 主分類號: F03H1/00
• 分類號: F03H1/00
• 代理公司: 北京市商泰律師事務(wù)所 11255
• 代理人: 麻吉鳳

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于多陽極電極結(jié)構(gòu)的燒蝕型脈沖等離子體推進(jìn)器，包括：陰極、多陽極結(jié)構(gòu)和絕緣部件，陰極外接負(fù)高壓，多陽極結(jié)構(gòu)接地。陰極為圓柱型結(jié)構(gòu)，在陰極三結(jié)合點(diǎn)處形成強(qiáng)電場，引發(fā)場致發(fā)射，使初始電子轟擊絕緣部件和解吸附的氣體分子，生成等離子體貫穿真空間隙，形成真空電弧；多陽極結(jié)構(gòu)包括：第一陽極和第二陽極，第一陽極為噴嘴狀，維持陰極三結(jié)合點(diǎn)處的電場強(qiáng)度，第二陽極為環(huán)狀，置于與陰極結(jié)構(gòu)間隔預(yù)設(shè)距離的位置，完成放電過程；絕緣部件為圓筒狀，包覆于陰極的外部，并嵌置于第一陽極的內(nèi)部，用于提供生成等離子體的原料，以及對陰極和第一陽極進(jìn)行絕緣和機(jī)械固定。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)等離子體傳播過程中完全束縛。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微小衛(wèi)星推進(jìn)器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于多陽極電極結(jié)構(gòu)的燒蝕型脈沖等離子體推進(jìn)器。

背景技術(shù)

APPT(Ablative Pulse Plasma Thruster，燒蝕型脈沖等離子體推進(jìn)器)的結(jié)構(gòu)簡單，體積小，可靠性高，是很有前景的電推進(jìn)器之一。近年來，微小衛(wèi)星的快速發(fā)展對APPT的推進(jìn)效果提出了更高的要求。然而，等離子體羽流中帶電粒子的雙極擴(kuò)散對推進(jìn)器的推進(jìn)效果產(chǎn)生了較大影響。實(shí)際上，束流發(fā)散已經(jīng)成為燒蝕型脈沖等離子體推進(jìn)器不利的特點(diǎn)之一。因此，對等離子體羽流優(yōu)化從而增加它的密度對提高燒蝕型脈沖等離子體推進(jìn)器推進(jìn)效果起了很關(guān)鍵的作用。

在等離子體研究過程中，Z箍縮是一個重要的等離子體束縛方法。現(xiàn)有技術(shù)中，Haines已經(jīng)描述了軸向電流層對等離子體柱的束縛特性。Keidar建立了一個模型，包括等離子體焦耳加熱，聚四氟乙烯熱傳遞和聚四氟乙烯燒蝕。他總結(jié)出箍縮效果和推力功率比隨著脈沖功率的增大而增加。Markusic研究了三種燒蝕型脈沖等離子體推進(jìn)器結(jié)構(gòu)下電流層的束縛效果，發(fā)現(xiàn)存在突起陽極的推進(jìn)器能夠增加效率和比沖。然而，以上研究的束縛都局限在推進(jìn)器內(nèi)部，等離子體噴出噴嘴后的擴(kuò)散問題并沒有考慮。

通過附加電路或者永磁體產(chǎn)生外部磁場是另一種優(yōu)化等離子體羽流的有效方法。Hu研究了具有不同直徑磁環(huán)的推進(jìn)器的推進(jìn)效果，發(fā)現(xiàn)磁場強(qiáng)度會影響工質(zhì)的利用率。Takahashi測量了擴(kuò)散狀的磁噴嘴中等離子體流產(chǎn)生的軸向磁場，檢測到了靠近噴口處軸向磁場強(qiáng)度有所減小，然而磁噴嘴的上端磁場強(qiáng)度有所增大。然而，永磁體或者外部電路生成磁場會增大體積，質(zhì)量和復(fù)雜度，不利于其在燒蝕型脈沖等離子體推進(jìn)器中的應(yīng)用。

因此，有必要設(shè)計(jì)一種多陽極方法的燒蝕型脈沖等離子體推進(jìn)器，能夠重新引導(dǎo)電流路徑從而形成噴口外的等離子體束縛，在沒有使用任何外部措施的情況下實(shí)現(xiàn)高度箍縮的等離子體射流，解決傳統(tǒng)的Z箍縮不能有效作用于離開噴口的等離子體的問題，以及外部磁場帶來的質(zhì)量和體積增大的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種基于多陽極電極結(jié)構(gòu)的燒蝕型脈沖等離子體推進(jìn)器，以解決上述背景技術(shù)中的問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案：

本發(fā)明的實(shí)施例提供的一種基于多陽極電極結(jié)構(gòu)的燒蝕型脈沖等離子體推進(jìn)器，其特征在于，該脈沖等離子體推進(jìn)器為同軸電極結(jié)構(gòu)，包括：陰極、多陽極結(jié)構(gòu)和絕緣部件，所述陰極通過接線柱與外電路的負(fù)高壓端子相連接，所述多陽極結(jié)構(gòu)通過導(dǎo)線與外電路的地端相連接；

所述陰極為圓柱型結(jié)構(gòu)，內(nèi)嵌于所述絕緣部件的一端，用于在陰極三結(jié)合點(diǎn)處形成強(qiáng)電場，引發(fā)場致發(fā)射生成初始電子，并使初始電子轟擊所述絕緣部件和解吸附的氣體分子，生成等離子體貫穿真空間隙，形成真空弧；

所述多陽極結(jié)構(gòu)包括：第一陽極和第二陽極，其中，

所述第一陽極為噴嘴狀結(jié)構(gòu)，置于所述絕緣部件的另一端，用于在真空弧電流形成前維持陰極三結(jié)合點(diǎn)處的電場強(qiáng)度；

所述第二陽極為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，置于與所述陰極間隔預(yù)設(shè)距離的位置，用于完成放電過程；