[發(fā)明專(zhuān)利]一種霍爾效應(yīng)環(huán)型離子推力器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010727385.7
• 申請(qǐng)日: 2020-07-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111852802B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-10-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鹿暢;夏廣慶;孫斌;韓亞杰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): F03H1/00
• 分類(lèi)號(hào): F03H1/00
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專(zhuān)利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠(yuǎn)

本發(fā)明公開(kāi)了一種霍爾效應(yīng)環(huán)型離子推力器，屬于離子推力器技術(shù)領(lǐng)域。所述的環(huán)型離子推力器包括底部陽(yáng)極、環(huán)形柵極、環(huán)形永磁體、絕緣套筒、工質(zhì)分配器組、偏置放電陰極和中和器。工質(zhì)氣體從底部工質(zhì)分配器進(jìn)入到放電室內(nèi)。工質(zhì)分配器噴口延壁面法向，以使氣體在腔體內(nèi)更加均勻。陽(yáng)極與陰極以及柵極之間形成軸向電場(chǎng)，內(nèi)外環(huán)形永磁體形成徑向磁場(chǎng)，并與軸向電場(chǎng)形成E×B正交場(chǎng)。從陰極噴出的電子在正交場(chǎng)作用下進(jìn)行霍爾漂移，并電離工質(zhì)氣體產(chǎn)生等離子體。然后，等離子體被環(huán)形柵極引出、加速，并被中和器發(fā)射的電子中和產(chǎn)生推力。本發(fā)明所設(shè)計(jì)的推力擁有遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)離子推力器的電離率和輸入功率，可大幅提升離子推力器的性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于離子推力器技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)是一種霍爾效應(yīng)環(huán)型離子推力器。

背景技術(shù)

離子推力器的工作過(guò)程大致分為三個(gè)階段：1)推進(jìn)工質(zhì)在放電室內(nèi)被電離產(chǎn)生離子；2)離子被柵極系統(tǒng)加速形成束流；3)束流被中和器中和形成羽流。其中，離子被柵極系統(tǒng)加速的階段是獲得推力及輸出功率的主要階段。這使得離子推力器的推力和功率水平與柵極的尺寸密切相關(guān)，增大柵極的尺寸是大幅提高離子推力器推力和功率水平的關(guān)鍵。環(huán)型離子推力器的放電室由兩個(gè)陽(yáng)極套筒組成，整體呈環(huán)形，但由于陰極偏置于放電室一側(cè)，又使得放電室為非軸對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)。放電室?guī)缀谓Y(jié)構(gòu)的變化使得環(huán)型離子推力器相比于傳統(tǒng)考夫曼型離子推力器具備大幅提升離子推力器的推力、功率水平的優(yōu)勢(shì)。因此，為了突破傳統(tǒng)離子推力器的輸入功率和柵極尺寸限制，具有不同構(gòu)造的新型大功率離子推力器——環(huán)型離子推力器被提出。因此，環(huán)型離子推力器不僅是未來(lái)深空探測(cè)任務(wù)的重要技術(shù)儲(chǔ)備，也是離子推力器的一個(gè)重要發(fā)展方向

然而，現(xiàn)有的環(huán)型離子推力器尚存在放電困難、放電室內(nèi)粒子分布不均等問(wèn)題。2020年，我國(guó)將啟動(dòng)火星探測(cè)計(jì)劃，高功率乃至超高功率的電推力器是執(zhí)行該任務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)，而環(huán)型離子推力器正是未來(lái)大功率電推力器中極具潛力的發(fā)展方向之一。所以，迫切需要研發(fā)性能更好的新型環(huán)型離子推力器。

發(fā)明內(nèi)容

為了提升環(huán)型離子推力器的放電性能，提高放電穩(wěn)定性，改善粒子分布均勻性，增大等離子體密度和輸入功率，本發(fā)明借鑒霍爾推力器放電模式，提出了一種霍爾效應(yīng)環(huán)型離子推力器。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種霍爾效應(yīng)環(huán)型離子推力器，包括底部陽(yáng)極101、環(huán)形柵極、環(huán)形永磁體、絕緣套筒、工質(zhì)分配器組、偏置放電陰極301和中和器；

所述的底部陽(yáng)極101為圓板形結(jié)構(gòu)安裝在絕緣套筒之間，底部陽(yáng)極101的內(nèi)外圓邊處安裝有工質(zhì)分配器組；

所述的環(huán)形柵極包括屏柵極201、加速柵極202、第一絕緣體a201、第二絕緣體b202、第三絕緣體c203和第四絕緣體d204；所述的第一絕緣體a201為厚壁圓筒形，第一絕緣體a201與底部陽(yáng)極101同軸；所述的第二絕緣體b202為厚壁圓筒形，第二絕緣體b202與底部陽(yáng)極101同軸；所述的第三絕緣體c203為厚壁圓筒形，第三絕緣體c203內(nèi)外徑與第二絕緣體b202相同，第三絕緣體c203與底部陽(yáng)極101同軸；所述的第四絕緣體d204為圓板形，第四絕緣體d204與底部陽(yáng)極101同軸；所述的屏柵極201為環(huán)形板結(jié)構(gòu)，屏柵極201上分布多個(gè)直徑相同的圓形通孔，屏柵極201的內(nèi)徑與第二絕緣套筒502的內(nèi)徑相同，屏柵極201的外徑與底部陽(yáng)極101的外徑相同，屏柵極201安裝在第一絕緣體a201和第三絕緣體c203所在的上游端面上，屏柵極201與第一絕緣體a201同軸；第二絕緣體b202安裝在第三絕緣體c203上，第二絕緣體b202與屏柵極201同軸；所述的加速柵極202為環(huán)形板結(jié)構(gòu)，加速柵極202的結(jié)構(gòu)和尺寸均與屏柵極201的相同；所述的加速柵極202上開(kāi)有多個(gè)直徑相同的圓形通孔，通孔的位置與屏柵極201通孔的位置相同，加速柵極202上通孔的直徑小于屏柵極201上通孔的直徑；所述的加速柵極202安裝在第一絕緣體a201和第三絕緣體c203的下游端面上，加速柵極202與屏柵極201同軸；安裝后屏柵極201和加速柵極202相對(duì)應(yīng)的通孔軸線重合；