[發明專利]一種熱應力自適應柵極組件及其制作方法

有效

• 申請號: 201911368537.2
• 申請日: 2019-12-26
• 公開（公告）號: CN111140451B
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 李娟;楊福全;唐福俊;趙以德;吳宗海
• 申請（專利權）人: 蘭州空間技術物理研究所
• 主分類號: F03H1/00
• 分類號: F03H1/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 許姣;郭德忠

本發明提出了一種熱應力自適應柵極組件，能夠有利于柵極組件熱應力的釋放，進而保持較高精度的柵間距，穩定推力器的性能。本發明針對離子推力器柵極組件的工作特點，在柵極組件安裝環上安裝可吸收柵極徑向產生的熱形變的吸熱組件。通過吸熱組件有效地釋放柵極徑向熱形變，簡化結構并提高了組件工作熱穩定性，提高離子推力器的性能。

技術領域

本發明屬于柵極設計技術領域，尤其涉及一種熱應力自適應柵極組件及其制作方法。

背景技術

離子推力器是空間電推進的一種，具有比沖高、控制精度高的特點，是提升平臺能力的必要手段,歐美國家已經將其應用于航天器以提高性能,比如美國的深空一號、日本的隼鳥號等深空探測中成功應用了電推進系統。目前，高推力密度的離子推力器束流直徑已達到25-30cm，由于其效率高、比沖高，推力相對較高，對全電推進平臺有吸引力。這些具有高推力密度的離子推力器的離子加速系統設計都使用了球型的屏柵極和加速柵極。

柵極組件是離子推力器的關鍵組件，主要作用是通過加載的柵極的電壓引出放電室的離子并加速從而產生推力。柵極組件的性能直接關系到推力器的性能和壽命，甚至影響空間飛行任務的成敗。

在離子推力器應用中，最常見的是雙柵極離子引出系統，即屏柵和加速柵。雙柵極通過專用陶瓷組件安裝并隔離不同電位。雙柵極裝配間距通常設計為1mm左右。根據柵極組件導流設計，在柵極孔徑、加載電壓一定的條件下，柵極組件的束流引出能力由柵間距決定，推力器從啟動到穩定工作，柵間距受熱的影響在不斷變化直至熱平衡達到穩定，因此柵間距的保持對推力器的性能穩定至關重要。

隨著推力器推力以及輸入功率不斷增大，單臺已達到幾十千瓦，這導致其放電室功率同步增加，以及整機熱功率的增大。熱功率增大引起眾多工程問題，一般會導致產品中的部件產生熱應力和應變。這與柵間距極高的精度要求產生矛盾，在推力器上的表現為性能下降，嚴重的會發生打火嚴重甚至短路不能工作。

發明內容

有鑒于此，本發明提出了一種熱應力自適應柵極組件及其制作方法，能夠有利于柵極組件熱應力的釋放，進而保持較高精度的柵間距，穩定推力器的性能。

為實現上述目的，本發明的一種熱應力自適應柵極組件，包括柵極、吸熱組件和安裝環；

吸熱組件包括沿柵極周向均勻間隔分布的吸熱塊，吸熱組件的厚度為柵極厚度的2～5倍，相鄰間距為其厚度的6～12倍，高度為其厚度的2～5倍，吸熱組件的材質為鈦或鈦合金；

柵極和安裝環通過吸熱組件連接固定一起，吸熱組件與柵極和安裝環從兩頭分別緊固，所述吸熱組件中的緊固接觸面為平面；。

其中，所述柵極為屏柵、加速柵或減速柵。

其中，吸熱組件與柵極和安裝環通過螺接或鉚接方式從兩頭分別緊固。

本發明還提供了一種熱應力自適應柵極組件的制作方法，制作本發明所述的熱應力自適應柵極組件，包括如下步驟：

首先將安裝環平置，將吸熱組件放置在安裝環上，按順序采用螺接或鉚接固定吸熱組件；接著在吸熱組件上放置柵極，將柵極放平并調整與安裝環同軸后采用螺接或鉚接依次固定，完成柵極組件的制作。

有益效果：

本發明針對離子推力器柵極組件的工作特點，在柵極組件安裝環上安裝可吸收柵極徑向產生的熱形變的吸熱組件。通過吸熱組件有效地釋放柵極徑向熱形變，簡化結構并提高了組件工作熱穩定性，提高離子推力器的性能。

附圖說明

圖1為本發明完成連接的柵極組件示意圖。

圖2為本發明完成連接的柵極剖面示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖并舉實施例，對本發明進行詳細描述。