[發明專利]一種吸氣電推技術用電子束預電離增強吸氣裝置及方法

在審

• 申請號: 202110480095.1
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113062839A
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發明（設計）人: 曹進文;黃河激;孟顯
• 申請（專利權）人: 中國科學院力學研究所
• 主分類號: F03H1/00
• 分類號: F03H1/00
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

本發明公開了一種吸氣電推技術用電子束預電離增強吸氣裝置，包括進氣道，以及安裝在所述進氣道上的磁場發生機構和電子束發生機構；其實現方法為，所述磁場發生機構用于在飛行環境中向所述進氣道的進氣端設定的目標區域發射電子束，將所述目標區域內的氣體電離形成帶電粒子；所述磁場發生機構用于在所述目標區域內形成將所述帶電粒子捕集入所述進氣道內的磁場。本發明提供的吸氣電推技術用電子束預電離增強吸氣裝置，采用電子束可以將目標區域內的氣體電離成帶電粒子，再通過磁場與帶電粒子的相互作用，使帶電粒子進入到進氣道內，從而提高氣體捕集效率。

技術領域

本發明涉及航空航天技術領域，具體涉及一種吸氣電推技術用電子束預電離增強吸氣裝置及方法。

背景技術

超低近地空間是一個具有戰略意義的領域，主要用于地球觀測，也可以用于民用和軍事通信。在較低的海拔高度，地球觀測平臺可以通過提高有效載荷性能(提高圖像分辨率和信噪比)，同時減小尺寸和功率要求來提高競爭力。

飛行器在太空停留或移動需要推力。一般而言，飛行器使用類似火箭的化學推進裝置，但電推進器因效率更高而日益流行。然而，傳統的電力推進系統仍要使用推進劑(如氙氣)，因此，飛行器的待機時間受限于攜帶的推進劑數量，而飛行器能攜帶的推進劑有限。而且為了抵消大氣阻力，在距離地球表面幾百公里范圍內運行的飛行器消耗的推進劑更多。

因此，吸氣式電推進系統便應運而生了。在飛行器掠過大氣層頂部時收集足夠的空氣顆粒，為“吸氣式”電動推進器提供燃料，從而不需要在發射時攜帶過多的推進劑，同時幫助飛行器克服大氣阻力，使其在超低近地軌道上持續運行。

為確保捕獲足夠的氣體，氣體捕集效率是一個關鍵的因素。然而，太空中環境氣體極度稀薄、捕集效率有限。因此，如何有效提高氣體捕集效率，成為需要本領域技術人員解決的技術問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種吸氣電推技術用電子束預電離增強吸氣裝置及方法，以解決現有技術中在太空中環境氣體極度稀薄、捕集效率有限的前提下如何有效提高氣體捕集效率的技術問題。

為解決上述技術問題，本發明具體提供下述技術方案：

一種吸氣電推技術用電子束預電離增強吸氣裝置，包括進氣道，以及安裝在所述進氣道上的磁場發生機構和電子束發生機構；

其中，所述磁場發生機構用于在飛行環境中向所述進氣道的進氣端設定的目標區域發射電子束，將所述目標區域內的氣體電離形成帶電粒子；

所述磁場發生機構用于在所述目標區域內形成將所述帶電粒子捕集入所述進氣道內的磁場。

作為本發明的一種優選方案，所述電子束發生機構包括設置在所述進氣道周向的至少一臺電子束發生器，所述電子束發生器均用于按照設定的發散角進行擴束后的電子束。

作為本發明的一種優選方案，所述電子束發生器包括空心陰極以及電子引出電極，所述發散角通過改變電子引出電極的形狀進行調節。

作為本發明的一種優選方案，每臺所述電子束發生器發射的電子束的發散角為θ；

其中，T_e，T_h，m_h，v_h和U分別是電子溫度、氣體溫度、原子質量、氣體碰撞率和飛行器。

作為本發明的一種優選方案，每臺所述電子束發生器發射的每道電子束的方向均朝向相對于所述進氣道的來流方向，且每道電子束的所述方向向外偏離與所述進氣道的軸向形成θ/2的夾角。

作為本發明的一種優選方案，所述磁場發生機構包括配置于所述進氣道周向的均勻布置的多塊永磁體或環繞所述進氣道周向的電磁線圈。