[發明專利]由交織的電磁線圈構成的用于電推進的矢量磁噴管

在審

• 申請號: 201911334834.5
• 申請日: 2019-12-23
• 公開（公告）號: CN111140448A
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 湯海濱;陳志遠;王一白;任軍學;吳鵬;曹晉濱
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: F03H1/00
• 分類號: F03H1/00;H02K44/04
• 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: 陳磊;張楨

本發明涉及一種由交織的電磁線圈構成的用于電推進的矢量磁噴管。該由交織的電磁線圈構成的用于電推進的矢量磁噴管包括：電推力器，其產生等離子體流束；第一電磁線圈、第二電磁線圈和第三電磁線圈，該三個電磁線圈交織固定在一起，其中所述第一電磁線圈、第二電磁線圈和第三電磁線圈的軸線分別與所述電推力器的軸線呈一定角度并沿空間均勻分布，所述第一電磁線圈、第二電磁線圈和第三電磁線圈分別被通以不同大小和方向的勵磁電流，產生非對稱的矢量磁噴管，進而引導等離子體流束沿所需方向膨脹加速，產生所需推力矢量。

技術領域

本發明涉及一種用于空間飛行器的電推進結構，且具體地，涉及一種用于空間飛行器的電推進的由交織的電磁線圈構成的矢量磁噴管。

背景技術

航天器的在軌推進技術多種多樣，目前應用最為廣泛的是化學推進和電推進。化學推進最為成熟，也是目前我國空間飛行器應用最多的推進技術。與化學推進相比，電推進具有減少所需加注的推進劑，延長工作時間等優點。隨著電推進技術的發展，越來越多的航天器，如衛星等，上也開始裝備電推進系統。

電推進系統包括磁噴管。不存在實際邊界的磁力線產生約束和加速帶電粒子的噴管效應，稱之為磁噴管。關于推力器軸線對稱的磁場分布可以實現對等離子體的加速作用，等離子體加速完成后在一定條件下從磁場中分離，產生推力。正確使用磁噴管可以提高電推力器的性能，其在許多電推力器廣泛應用，例如附加磁場磁等離子體推力器(AF-MPDT)、可變比沖等離子體火箭(VASIMR)、螺旋波等離子體推力器(HPT)等。

空間飛行器在工作時經常需要進行推力矢量的控制來滿足姿態控制和軌道修正的需求，為此推力矢量方向的控制非常重要。推力矢量的控制通常采用的方式是按照相應的需求方向在航天器上多安裝推力器，或是利用機械裝置對推力器的噴管或推力器本身進行轉向來實現。這樣的傳統推力矢量控制方式不僅增加了系統的重量而且增加了系統的復雜性，對航天器的運行是不利的。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的在于設計一種磁噴管結構，無需移動部件，只需調節電流產生非對稱的磁場就可實現對電推力器推力矢量的控制和推力的提高。

為了實現上述目的，根據本發明的電磁線圈構成的用于電推進的矢量磁噴管的一個實施方式包括：電推力器，其產生等離子體流束；第一電磁線圈、第二電磁線圈和第三電磁線圈，該三個電磁線圈交織固定在一起，其中所述第一電磁線圈、第二電磁線圈和第三電磁線圈的軸線分別與所述電推力器的軸線呈一定角度并沿空間均勻分布，所述第一電磁線圈、第二電磁線圈和第三電磁線圈分別被通以不同大小和方向的勵磁電流，產生非對稱的矢量磁噴管，進而引導等離子體流束沿所需方向膨脹加速，產生所需推力矢量。

在一個可選的實施方式中，互相交織的所述第一電磁線圈、第二電磁線圈和第三電磁線圈被設置成使得其中心重合于一點，并與所述電推力器的出口平面中心重合。

在一個可選的實施方式中，所述第一電磁線圈、第二電磁線圈和第三電磁線圈之間被焊接固定在一起。

在另一個可選的實施方式中，所述第一電磁線圈、第二電磁線圈和第三電磁線圈被設置成其軸線分別與所述電推力器的軸線成15度角度。

在另一個可選的實施方式中，所述第一電磁線圈、第二電磁線圈和第三電磁線圈為超導線圈。

在仍另一個可選的實施方式中，所述矢量磁噴管還包括更多的電磁線圈，其與所述第一電磁線圈、第二電磁線圈和第三電磁線圈以相同方式布置。