[發(fā)明專利]一種螺旋波開口系靜電離子推力器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010430035.4
• 申請日: 2020-05-20
• 公開（公告）號: CN111622911A
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 夏廣慶;陳宗;鹿暢;孫斌;韓亞杰
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: F03H1/00
• 分類號: F03H1/00
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉

本發(fā)明公開了一種螺旋波開口系靜電離子推力器，屬于長壽命深空探測器和衛(wèi)星動力系統(tǒng)航天推進技術(shù)領(lǐng)域。所述的螺旋波開口系靜電離子推力器包括儲氣罐、供氣管道、放電腔、螺旋波天線、交流電極和環(huán)形電極板。儲氣罐中的工質(zhì)氣體經(jīng)過供氣管道進入到放電腔內(nèi)部，同時外接射頻源向天線供電，在放電內(nèi)部將氦氣電離生產(chǎn)螺旋波等離子體，由于螺旋波等離子體特有的雙層電勢差，可以使工質(zhì)氣體加速，工質(zhì)其他離開放電腔進入到環(huán)形電極板區(qū)域，在環(huán)形電極板產(chǎn)生的電場區(qū)域再次加速。本發(fā)明具有能耗降、壽命長、生產(chǎn)難度低等優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于長壽命深空探測器和衛(wèi)星動力系統(tǒng)航天推進技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種螺旋波開口系靜電離子推力器。

背景技術(shù)

螺旋波等離子體推力器因其電離率高、無電極燒蝕、壽命長、比沖高等優(yōu)勢受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注，該新型推力器在未來長壽命深空探測器和衛(wèi)星的動力系統(tǒng)中具有廣闊的運用前景。螺旋波等離子體推力器是通過內(nèi)部產(chǎn)生的雙層電勢來加速噴出等離子體產(chǎn)生推力，但現(xiàn)有技術(shù)下的雙層電勢較弱，產(chǎn)生的推力有限，導(dǎo)致整體的工作效率極低。應(yīng)對這一問題，目前提出的解決方案有：旋轉(zhuǎn)電場加速、旋轉(zhuǎn)磁場加速、磁噴管加速、有質(zhì)動力離子回旋共振加速等方案，這些方案都是將螺旋波等離子體推力器做為等離子體源，添加新的設(shè)備并需要更大功率的電源向推力器內(nèi)部發(fā)射電磁波用以提升推力和性能，但是這些方案仍然存在諸多理論問題有待解決。另外還有柵極加速方案，該方案需要將原本中性的等離子體流經(jīng)過引出柵將離子引出通過加速柵加速排出提升推力，但是柵極的抗腐蝕是一個關(guān)鍵技術(shù)仍有待解決。

本發(fā)明使用開口系結(jié)構(gòu)通過靜電場對雙流體做功，對陽離子加速、電子減速，利用陽離子質(zhì)量遠大于電子質(zhì)量引起的動量差，可以在原有的基礎(chǔ)上進一步提升推力和比沖，并且對電源性能要求降低，仍然可以保持推進劑的電中性無需中和器，另外電極板不存在柵極那樣的孔結(jié)構(gòu)可以很好地抗腐蝕延長使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中航天推力器推力和比沖低、推力器壽命短的問題，本發(fā)明提出一種螺旋波開口系靜電離子推力器，以增加推力器的推力和比沖，并延長在軌壽命。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種螺旋波開口系靜電離子推力器，包括儲氣罐1、供氣管道2、放電腔3、螺旋波天線4、交流電極5和環(huán)形電極板7。

所述儲氣罐1為圓柱形罐體結(jié)構(gòu)，用于儲存工質(zhì)氣體。

所述的放電腔3為圓筒形結(jié)構(gòu)，放電腔3的兩端分別為入口端和出口端，入口端設(shè)置有收斂形的進氣口。

所述的供氣管道2一端與儲氣罐1連接，另一端與放電腔3的進氣口連接，用于將儲存在儲氣罐1的工質(zhì)氣體導(dǎo)入放電腔3。

所述的螺旋波天線4為螺旋型，套裝在放電腔3外部；

所述的交流電極5共有兩個，分別安裝在螺旋波天線4的兩個射頻輸入端上。

外接的射頻源與兩個交流電極5連接；射頻源通過交流電極5和螺旋波天線4在放電腔3內(nèi)電離工質(zhì)氣體，激發(fā)螺旋波等離子體，并利用螺旋波等離子體的雙層電勢差加速工質(zhì)氣體。

所述的環(huán)形電極板7包括位于上游電極板A701和位于下游的電極板B702(上游和下游是相對工質(zhì)氣體流動方向)，二者結(jié)構(gòu)相同，均是變截面的圓筒形結(jié)構(gòu)，即一端截面積大，另一端截面積小；電極板A701和電極板B702通過固定板6安裝在放電腔3的出口端，放電腔3、電極板A701和電極板B702三者的軸線重合；電極板A701和電極板B702截面大的端面相對設(shè)置但不導(dǎo)通；電極板A701和電極板B702之間的電場方向與工質(zhì)氣體的流動方向相同；電極板A701的電勢低于放電腔3出口端螺旋波等離子體的電勢。

電極板A和電極板B之間的最高電勢低于放電腔3出口端螺旋波等離子體的電勢。

本發(fā)明的有益效果：