[發明專利]一種用于研究磁線圈束流的實驗裝置

有效

• 申請號: 201910558907.2
• 申請日: 2019-06-26
• 公開（公告）號: CN110364060B
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發明（設計）人: 湯海濱;劉一澤;陳志遠;章喆;王一白;任軍學
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G09B23/18
• 分類號: G09B23/18
• 代理公司: 北京航智知識產權代理事務所(普通合伙) 11668
• 代理人: 黃川;史繼穎

本申請公開了一種用于研究磁線圈束流的實驗裝置，其特征在于，包括空心陰極、霍爾推力器、型材、截流盤、磁線圈、線圈骨架、等離子體診斷系統，截流盤中心開設有截流孔。通過本發明的技術方案，可以獲得狀態穩定、速度分布較為均勻的等離子體，同時用截流盤在霍爾推力器下游截取羽流，可以較好地減弱來自等離子體源的干擾。

技術領域

本發明屬于等離子體物理領域，尤其涉及一種用于研究磁線圈約束低溫等離子體流動的實驗裝置及方法。

背景技術

等離子體由電子、粒子與中性粒子組成，是獨立于固體、氣體與液體之外的物質第四態，廣泛存在于宇宙空間中。等離子體具有良好的導電性，在外加磁場的作用下，等離子體的運動受到控制，通過設計合適的磁場結構，可以實現對等離子體流動的捕捉、加速與收縮。對磁線圈束流的研究將有助于加深對等離子體性質的了解，為電推力器設計、航天器布局等方面工作提供參考依據?，F有的研究磁線圈束流的實驗裝置中，磁線圈的布置緊靠放電室，附加磁場對等離子體源的放電會產生直接影響，從而無法獲得理想的、散射角度較小的、分布均勻的束流，這會給磁場約束等離子體的研究帶來系統誤差。

發明內容

本發明的具體技術方案如下，一種用于研究磁線圈束流的實驗裝置，其特征在于，包括空心陰極、霍爾推力器、型材、截流盤、磁線圈、線圈骨架、等離子體診斷系統，其中，所述空心陰極與所述霍爾推力器分別通過電路、氣路及機械連接；所述型材將所述截流盤和所述線圈骨架吊裝并固定在所述霍爾推力器與所述等離子體診斷系統之間；所述霍爾推力器、所述截流盤、所述線圈骨架三者同軸，所述截流盤的外凸面朝向所述霍爾推力器，所述截流盤的內凹面朝向所述線圈骨架；所述截流盤的外凸面和所述線圈骨架之間保持一定安裝距離；所述截流盤中心開設有截流孔；所述磁線圈繞在所述線圈骨架上。

進一步地，所述截流盤中心開設的截流孔的半徑確定方式如下：在不受磁場約束條件下，使用所述等離子體診斷系統獲取所述霍爾推力器靠近所述截流盤一端軸向距離400mm-800mm范圍內的離子密度徑向分布，離子密度徑向分布曲線隨著距離所述霍爾推力器軸向距離的增加而由倒V形轉變為M形，轉變過程中離子密度在徑向距離為R的位置均勻分布，所述截流盤中心開設的截流孔的半徑小于所述的徑向距離R。

進一步地，所述截流盤中心開設的截流孔的半徑為5mm-20mm。

進一步地，所述截流盤的外凸面與所述磁線圈骨架之間的安裝間距為10mm-15mm。

進一步地，所述線圈骨架在軸線方向的長度為40mm-45mm，所述線圈骨架具有圓筒狀的繞芯，所述繞芯內徑為40mm-100mm、外徑大于所述截流盤上的截流孔內徑的5倍，所述線圈骨架的剖面呈工字型，所述線圈骨架的第一端靠近所述截流盤的內凹面，所述線圈骨架的第二端通過螺栓和螺母固定連接在所述型材上。

進一步地，所述等離子體診斷系統包含法拉第探針、朗繆爾探針、阻滯能量分析儀、位移機構及其控制器、數據采集儀、探針電源，所述等離子體診斷系統的位移機構的行程覆蓋范圍為距離所述線圈骨架靠近所述等離子體診斷系統一端的軸向距離100mm-300mm，徑向距離0mm-500mm。

進一步地，所述截流盤的外側有與所述截流盤的軸心成45°的盤沿。

本發明的有益效果在于：

1.通過本發明所述的裝置，可以獲得狀態穩定、速度分布較為均勻、發散較小的等離子體流；

2.通過本發明所述的裝置研究磁線圈束流，可以較好地減弱磁場對等離子體源的影響，從而將研究對象局限于截取的束流與磁線圈，研究磁場構型對理想等離子流動的影響；

3.可通過改變霍爾推力器的工況如放電電壓、推進劑流量等來獲得不同狀態參數(等離子體密度、離子速度、發散角)下的束流，豐富可供研究的自變量。

附圖說明