[發(fā)明專利]一種自冷式微波增強電推力器

有效

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• 申請日: 2019-10-11
• 公開（公告）號: CN110735776B
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發(fā)明（設計）人: 夏廣慶;韓亞杰;孫斌;范益朋;葉靖宇;李忠林
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: F03H1/00
• 分類號: F03H1/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉

本發(fā)明公開的一種自冷式微波增強電推力器，屬于航天電推進技術領域。所述的自冷式微波增強電推力器包括金屬天線、放電腔體、進氣接口、SMA射頻輸入接口、錐形出口、永磁環(huán)組。金屬天線、放電腔體和錐形出口通過螺紋依次連接；永磁環(huán)組安裝在放電腔體和錐形出口外部；進氣接口和SMA射頻輸入接口安裝在放電腔體的螺紋通孔內(nèi)；本發(fā)明解決了現(xiàn)有的微波推力器中，長時間放電導致的金屬天線局部過熱帶來的放電不穩(wěn)定問題，通過“風冷”的作用大大降低天線的發(fā)熱量，從而維持放電的穩(wěn)定，實現(xiàn)推力器自冷。通過推力器尾部的錐形出口，使電磁場在局部得到增強，提高等離子體的能量轉換效率，從而提升推力器的性能。

技術領域

本發(fā)明屬于航天電推進技術領域，尤其涉及一種自冷式微波增強電推力器。

背景技術

長期以來，探索太空并了解地球以外知識的渴望一直是航天技術發(fā)展的動力。電推進是一種用于航天器的新型推進技術，其將電能轉化為推進劑的動能從而產(chǎn)生推力。與化學推進技術相比，電推進不受推進劑化學能的限制，主要靠電能(來自太陽能電池或核反應堆電源)提供能量，擺脫了化學能的限制。

電子回旋共振(ECR)是一種較常見的微波等離子體獲取方法。由于電子在磁場中繞磁力線運動的回旋頻率為f_e＝eB/2πm_e，其中e為電子電荷量，B為磁感應強度，m_e為電子質量，當電子的回旋頻率與微波頻率相同時會產(chǎn)生共振，使電子從微波中獲取能量而使電子與離子分離，產(chǎn)生微波等離子體。

但是在傳統(tǒng)電子回旋共振電推力器中，天線的放電溫度無法保持恒定，隨著放電的持續(xù)產(chǎn)生，過高的天線溫度將會影響推力器的放電狀態(tài)，給太空活動帶來不便。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術中所存在的問題，本發(fā)明提供一種自冷式微波增強電推力器，以克服現(xiàn)有微波放電中能量利用率偏低、散熱能力較差等問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案是：

一種自冷式微波增強電推力器，所述的自冷式微波增強電推力器包括金屬天線1、放電腔體2、進氣接口3、SMA射頻輸入接口4、錐形出口5和永磁環(huán)組6。

所述的放電腔體2為一端封閉的圓筒形結構，其封閉面外側固定安裝圓柱凸臺201，圓柱凸臺201與放電腔體2同軸，圓柱凸臺201的圓周面開有螺紋，圓柱凸臺201的端面中心處開有圓形通孔，通孔貫穿到放電腔體2內(nèi)部；所述的放電腔體2內(nèi)表面為變直徑結構，靠前封閉面的直徑小，遠離封閉面的直徑大。

所述金屬天線1包括金屬圓柱101和天線固定座102；所述的天線固定座102為一端封閉的圓筒形結構，天線固定座102的內(nèi)表面開有螺紋；所述的天線固定座102的封閉面內(nèi)側安裝有金屬圓柱101，金屬圓柱101與天線固定座102同軸；所述的金屬天線1通過螺紋安裝在圓柱凸臺201上，金屬圓柱101穿過圓柱凸臺201和放電腔體2的通孔位于放電腔體2內(nèi)部，通過旋轉天線固定座102實現(xiàn)金屬圓柱101的伸出長度連續(xù)可調，從而便于改變等離子體放電狀態(tài)。

所述放電腔體2的小內(nèi)徑段等間距的開有三個螺紋通孔，每個螺紋通孔的軸線與放電腔體2的軸線垂直；所述的三個螺紋通孔中，兩個螺紋通孔連接進氣接口3，另外一個螺紋通孔連接SMA射頻輸入接口4。

所述的進氣接口3將工質氣體導入放電腔體2內(nèi)產(chǎn)生等離子體，并冷卻金屬天線1。

所述的SMA射頻輸入接口4為變直徑圓柱體，SMA射頻輸入接口4的大直徑段安裝在放電腔體2的螺紋通孔上，SMA射頻輸入接口4的小直徑段端部與金屬圓柱101接觸，SMA射頻輸入接口4的軸線與金屬圓柱101的軸線垂直。SMA射頻輸入接口4用于將射頻功率饋入到金屬天線1，從而激發(fā)工質氣體放電，在放電腔體2內(nèi)產(chǎn)生等離子體。