[發明專利]一種具有下沉式空心內磁極結構的霍爾加速器

有效

• 申請號: 202011407572.3
• 申請日: 2020-12-03
• 公開（公告）號: CN112628098B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發明（設計）人: 唐德禮;張帆;趙杰;李平川
• 申請（專利權）人: 核工業西南物理研究院
• 主分類號: F03H1/00
• 分類號: F03H1/00
• 代理公司: 核工業專利中心 11007
• 代理人: 王婷

本發明屬于霍爾推力器技術領域，具體涉及一種具有下沉式空心內磁極結構的霍爾加速器，包括：陽極環、若干個進出口水嘴、內磁極、外磁極、進氣板、進氣擋板、支撐法蘭、內屏蔽罩、外屏蔽罩、永磁體；本發明采用下沉式內磁極結構設計，使裝置具有完全開放的引出通道，有利于裝置結構進行尺寸上的縮放；調節永磁體放置數量，通過調節放電區域磁場可以大幅度提升陽極電壓工作范圍。

技術領域

本發明屬于霍爾推力器技術領域，具體涉及一種具有下沉式空心內磁極結構的霍爾加速器。

背景技術

推進技術開始受到人們越來越多的關注。與傳統化學推進系統相比，這種利用電能處理和加速工質，通過使電離的工質形成高速射流，從而產生推力的技術，可以很大程度地節省工質，大幅度提升推進效率。在各類不同的電推力器當中，應用范圍較廣的是霍爾推力器，應用于航天領域的霍爾推力器主要有兩種類型：延長加速區的等離子體加速器(PAEZA)和帶有陽極層的加速器(AAL)。其中霍爾加速器加速通道較短并且加速通道內壁采用的是具有導電性質的金屬，具有很少的二次電子發射，這也有利于延長推力器工作壽命。該類型推力器利用電磁場綜合作用，使工作氣體在較低工作氣壓(0.01～1Pa)和放電電壓(～300V)的放電條件下能夠被有效電離，產生等離子體。其中，磁場起到的主要作用是約束電子，使電子在內外磁極之間振蕩，使電子在其振蕩區域內的密度上升，增加了電子與工作氣體中性粒子發生電離碰撞的幾率，從而能夠有效地電離工作氣體；電場主要起到的作用是為帶電粒子賦能，使電子以較高能量與中性粒子碰撞，增加電離概率，另一方面，電場還起到了對離子進行加速的作用，使離子在氣體放電過程中能夠得到有效加速，從而以較高的動能被引出裝置形成推力。

常見的同類霍爾加速器具有以下缺陷：1)常規霍爾加速器具有環形引出截面，由于與外磁極平齊的中心磁極和中心工作氣體輸送結構的存在，所以具有該結構特點的裝置并不適宜于尺寸上較大比例的縮放；2)使用更高陽極電壓將導致放電不穩定，其原因在于放電區域內電子密度不足以維持中性粒子的有效電離，而陰極材料是二次電子發射系數很低的金屬，產生的電子數量也不能維持電子密度；3)陰極表面發生離子濺射，造成陰極表面的刻蝕現象，隨著運行時間增加，陰極刻蝕程度不斷加深，最終改變了放電區域磁場分布，導致裝置不能正常放電。

因此，針對上述問題，需要設計一種具有下沉式空心內磁極結構的霍爾加速器裝置，用于優化霍爾加速器結構和磁路設計，以便能大幅度提升陽極電壓工作范圍，并且降低陰極離子濺射造成陰極表面刻蝕的影響。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提出一種具有下沉式空心內磁極結構的霍爾加速器，用于解決現有霍爾加速器不適宜于尺寸上較大比例的縮放、高陽極電壓將導致放電不穩定、陰極離子濺射易造成陰極表面刻蝕的技術問題。

本發明技術方案：

一種具有下沉式空心內磁極結構的霍爾加速器具有下沉式空心內磁極結構的霍爾加速器，包括：陽極環、若干個進出口水嘴、內磁極、外磁極、進氣板、進氣擋板、支撐法蘭、內屏蔽罩、外屏蔽罩、永磁體；

內磁極的下部與支撐法蘭通過若干個進出口水嘴固定連接；所述支撐法蘭上表面設置有外屏蔽罩；所述外屏蔽罩內部放置有內磁極和內屏蔽罩；所述內屏蔽罩環套在外磁極的卡槽中；

所述外屏蔽罩和內屏蔽罩之間設置有若干個永磁體；所述永磁體的上端面與外磁極的下表面接觸；所述永磁體的下端面與內磁極上表面接觸；所述外磁極通過螺栓與永磁體的一端連接，永磁體的另一端與內磁極也通過螺栓固定連接；

即外磁極、永磁體以及內磁極均通過螺栓實現各自相對位置的固定；

所述支撐法蘭上還設置有進氣板；所述進出口水嘴的頂部安裝有陽極環；

所述進氣擋板設置在內磁極的下表面并通過螺栓固定，所述進氣板位于進氣擋板下方，通過螺栓與內磁極固定。

所述永磁體在外屏蔽罩和內屏蔽罩之間呈周向陣列方式放置；所述陽極環與內磁極的上表面不接觸。