[發明專利]一種多段式高效率脈沖等離子體推力器

有效

• 申請號: 201811275159.9
• 申請日: 2018-10-26
• 公開（公告）號: CN109185090B
• 公開（公告）日: 2019-12-24
• 發明（設計）人: 武志文;李航;黃天坤;孫國瑞;曾玲漢;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: 11639 北京理工正陽知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 毛燕

1.一種多段式高效率脈沖等離子體推力器，其特征在于：所述推力器結構主要由一段陽極(10)、一段陰極(3)、二段陽極(7)、二段陰極(8)、絕緣段(5)、觸發極(1)、觸發工質(2)、儲能電容組(11)、推進劑(4)、包覆層(9)和外部殼體(6)組成；

推力器整體呈同軸狀結構,電極共分為兩段，第一段電極主要用于推進劑燒蝕電離過程；第二段電極主要用于等離子體加速過程；第一段電極由一段陽極(10)和一段陰極(3)組成，一段陽極(10)和一段陰極(3)均為同軸圓環，圓環形推進劑(4)位于一段陽極圓環(10)和一段陰極圓環(3)之間，一段陽極圓環(10)位于推進劑(4)外側，一段陰極圓環(3)位于推進劑(4)內側；一段陽極(10)與二段陽極(7)間由圓環形的絕緣段(5)隔開；二段陽極(7)為與一段陽極(10)同軸徑的圓環；二段陰極(8)為實心圓柱體，二段陰極(8)穿過一段陰極(3)內環；為隔離二段陰極(8)對一段電極和絕緣段(5)的影響，二段陰極(8)外部由包覆層(9)包覆；包覆層(9)由里至外依次套有觸發極(1)、觸發工質(2)、一段陰極(3)，所述觸發極(1)、觸發工質(2)、一段陰極(3)共同組成點火啟動裝置；一段電極、二段電極和點火啟動裝置由各自的儲能電容(11)提供電壓；為避免尾部放電，且為便于各段電極與外部電源的連接，推力器尾部的二段陰極(8)、包覆層(9)、觸發極(1)、觸發工質(2)和一段陰極(3)呈階梯狀；一段陽極(10)、絕緣段(5)和二段陽極(7)通過一端內凸的外部殼體(6)固定，且實現使推力器電極與外部環境隔離的目的。

2.如權利要求1所述的一種多段式高效率脈沖等離子體推力器，其特征在于：由于推力器電極分兩段，且各段電極由各自的儲能電容(11)提供電壓，實現將總能量分配給不同的電容器，并在不同位置放電，從而將推進劑燒蝕電離過程和等離子體加速過程分開，使更多的能量用于等離子體加速過程，能夠提高推力器整體的加速效率。

3.如權利要求1或2所述的一種多段式高效率脈沖等離子體推力器，其特征在于：通過觸發極(1)燒蝕電離觸發工質(2)產生少量等離子體，使一段電極間的擊穿電壓大幅降低以利于初始放電的觸發，進而提高推力器工作的可靠性。

4.如權利要求1或2所述的推力器的工作方法，其特征在于：首先，分別為一段電極、二段電極和點火啟動裝置提供電壓的儲能電容(11)充電，由于一段電極間在真空條件下缺少導通條件，無法自行擊穿；由于觸發極(1)擊穿電壓很小，先于一段電極擊穿，觸發極(1)與一段陰極(3)間的電流燒蝕觸發工質(2)，燒蝕產生的中性氣體在電場中電離，從而產生少量等離子體；產生的等離子體充斥于一段電極間，使一段電極間的擊穿電壓大幅降低以利于初始放電的觸發，進而提高推力器工作的可靠性；因此，一段電極間擊穿從而產生大電流，電流燒蝕推進劑(4)產生中性氣體，在高電壓的作用下，燒蝕出的中性氣體被電離成等離子體團；產生的等離子團脫離推進劑(4)表面后，在一段電極間的電場和自感磁場的作用下加速沿絕緣段(5)向二段電極噴出；當等離子團到達二段電極后，由于二段電極間存在高電壓，等離子團在電場和自感磁場的作用下再次沿軸向加速直至被推出，產生脈沖推力。