[發(fā)明專(zhuān)利]百瓦級(jí)航天電推進(jìn)空心陰極結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911418861.0
• 申請(qǐng)日: 2019-12-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111038741B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-03-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 寧中喜;胡步云;曾多;劉翰林;周宏亮;董學(xué)江
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B64G1/40
• 分類(lèi)號(hào): B64G1/40
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 于歌

百瓦級(jí)航天電推進(jìn)空心陰極結(jié)構(gòu)，屬于霍爾推力器領(lǐng)域，本發(fā)明提供一種低功耗、低重量、小尺寸要求的百瓦級(jí)小霍爾推力器制造工藝。本發(fā)明包括陰極管、發(fā)射體、石墨環(huán)、鎢頂、加熱絲、隔熱屏和觸持極；陰極管內(nèi)并列設(shè)置發(fā)射體和鎢頂，陰極管內(nèi)設(shè)置內(nèi)凸臺(tái)對(duì)發(fā)射體進(jìn)行軸向定位，通過(guò)發(fā)射體與陰極管之間設(shè)置的石墨環(huán)對(duì)發(fā)射體進(jìn)行徑向定位；陰極管外壁纏繞加熱絲，加熱絲與觸持極之間設(shè)置隔熱屏。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于霍爾推力器領(lǐng)域，涉及空心陰極的制造工藝。

背景技術(shù)

近年來(lái)商業(yè)航天發(fā)展迅速，急需大量的百瓦級(jí)低功率霍爾電推進(jìn)作為動(dòng)力系統(tǒng)，用于完成小衛(wèi)星或微小衛(wèi)星的入軌、編隊(duì)、離軌等任務(wù)。空心陰極是霍爾電推進(jìn)的關(guān)鍵核心部件，其主要作用包括：(1)為使霍爾推力器成功啟動(dòng)，空心陰極需要作為電子源，提供足夠多的種子電子；(2)在霍爾推力器運(yùn)行過(guò)程中，噴射出的羽流包含大量離子，為降低其對(duì)推力器造成的傷害，空心陰極需要作為中和器產(chǎn)生電子，中和羽流；(3)作為負(fù)極，與推力器之間形成加速電場(chǎng)。因此，工作性能良好的低功耗空心陰極是霍爾推力器正常運(yùn)行必不可少的元器件。

長(zhǎng)壽命、高可靠是空心陰極航天應(yīng)用的首要需求，必須保證整個(gè)壽命期間空心陰極的放電穩(wěn)定性、抗力學(xué)性能、抗熱交變形能以及電絕緣特性，陰極航天級(jí)空心陰極通常采用耐高溫難熔金屬作為結(jié)構(gòu)材料，并采用真空釬焊或者真空電子束焊進(jìn)行連接，形成結(jié)構(gòu)緊湊、強(qiáng)度高、質(zhì)量輕的飛行產(chǎn)品，但釬焊和電子束焊組裝工藝復(fù)雜、生產(chǎn)周期長(zhǎng)，導(dǎo)致空心陰極產(chǎn)品生產(chǎn)成本較高。而百瓦級(jí)小霍爾推力器同時(shí)還提出了低功耗、低重量、小尺寸等特殊要求，導(dǎo)致空心陰極在原有結(jié)構(gòu)和工藝條件下必須縮減尺寸，使加工、焊接等成本繼續(xù)增加，難以滿足商業(yè)航天對(duì)低成本、批量化和快速裝配的需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是為了提供一種低功耗、低重量、小尺寸要求的百瓦級(jí)小霍爾推力器制造工藝。

本發(fā)明所述百瓦級(jí)航天電推進(jìn)空心陰極結(jié)構(gòu)包括陰極管1、發(fā)射體2、石墨環(huán)3、鎢頂4、加熱絲5、隔熱屏6和觸持極7；

陰極管1內(nèi)并列設(shè)置發(fā)射體2和鎢頂4，陰極管1內(nèi)設(shè)置內(nèi)凸臺(tái)1-1對(duì)發(fā)射體2進(jìn)行軸向定位，通過(guò)發(fā)射體2與陰極管1之間設(shè)置的石墨環(huán)3對(duì)發(fā)射體2進(jìn)行徑向定位；

陰極管1外壁纏繞加熱絲5，加熱絲5與觸持極7之間設(shè)置隔熱屏6。

優(yōu)選地，陰極管1內(nèi)設(shè)置的內(nèi)凸臺(tái)1-1位于靠近陰極管1上游端的內(nèi)部，發(fā)射體2上游端卡在內(nèi)凸臺(tái)1-1處，發(fā)射體2下游端與鎢頂4上游端面緊貼，鎢頂4下游端通過(guò)點(diǎn)焊與陰極管1下游端固連。

優(yōu)選地，陰極管1內(nèi)設(shè)置的內(nèi)凸臺(tái)1-1位于陰極管1下游端出口處，鎢頂4的下游端卡在內(nèi)凸臺(tái)1-1處，鎢頂4的上游端緊貼發(fā)射體2下游端面，發(fā)射體2上游端通過(guò)彈簧8進(jìn)行支撐。

優(yōu)選地，內(nèi)凸臺(tái)1-1的形狀為直角、錐形或圓弧形。

優(yōu)選地，當(dāng)內(nèi)凸臺(tái)1-1為圓弧形時(shí)，內(nèi)凸臺(tái)1-1和鎢頂4的下游端之間通過(guò)點(diǎn)焊固定。

優(yōu)選地，隔熱屏6的層數(shù)由3～4層鉭箔層和鉭箔支架構(gòu)成，多層鉭箔層的一端分別通過(guò)點(diǎn)焊連接至鉭箔支架上，多層鉭箔層的另一端通過(guò)點(diǎn)焊鎢絲將各層分隔開(kāi)。

優(yōu)選地，還包括隔臺(tái)，隔臺(tái)位于相鄰兩層鉭箔層之間，且位于與鉭箔支架連接端。

優(yōu)選地，鉭箔支架具有一個(gè)或多個(gè)分層環(huán)，所述分層環(huán)位于相鄰兩層鉭箔層之間。

優(yōu)選地，加熱絲5的一端在陰極管1下游端直接焊接或通過(guò)鉭管9焊接，加熱絲5中段制成螺旋狀，與陰極管1外壁呈懸空未接觸狀態(tài)，加熱絲5的另一端通過(guò)陶瓷管將加熱絲導(dǎo)出到引出電極上。