[發(fā)明專(zhuān)利]一種離子液體推力器的自中和裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210037646.1
• 申請(qǐng)日: 2022-01-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114458563A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 任軍學(xué);吳坤隆;劉宇;湯海濱;楊立軍;楊文將
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): F03H1/00
• 分類(lèi)號(hào): F03H1/00
• 代理公司: 北京天匯航智知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11987
• 代理人: 史繼穎

本發(fā)明公開(kāi)了一種離子液體推力器的自中和裝置，通過(guò)反饋電路控制實(shí)現(xiàn)，反饋電路由高壓隔離電路、取樣電路、控制電路和儲(chǔ)電電容、隔離電阻等構(gòu)成；利用高壓隔離電路將積累的電荷限制在推力器與高壓輸出端，通過(guò)儲(chǔ)電電容捕獲電荷并轉(zhuǎn)化為電容兩端的電壓信號(hào)，取樣電路采用分壓方法測(cè)量電容電壓并傳遞給控制電路，高壓隔離電路在控制電路的調(diào)節(jié)下改變輸出信號(hào)的電壓值或占空比，使推力器束流的正負(fù)離子發(fā)射比例改變從而平衡原先積累的電荷量。本發(fā)明的裝置，可以自主平衡離子液體推力器正負(fù)離子發(fā)射比例并維持推力器的自中和工作，防止航天器由于電荷積累出現(xiàn)帶電問(wèn)題，避免電荷失衡導(dǎo)致的離子液體電化學(xué)反應(yīng)，顯著提高離子液體推力器的工作壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電推進(jìn)推力器設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種離子液體推力器的自中和裝置。

背景技術(shù)

電推進(jìn)是利用電能直接加熱或離解、加速工質(zhì)進(jìn)而形成高速射流以獲得推力的先進(jìn)推進(jìn)技術(shù)，具有較高的比沖、推力，在航天器的姿態(tài)調(diào)節(jié)、軌道控制、深空探測(cè)和星際航行等空間任務(wù)中有廣闊的應(yīng)用前景。

離子液體推力器是電推進(jìn)的一種，利用強(qiáng)電場(chǎng)作用在發(fā)射極表面形成泰勒錐進(jìn)而引出帶電液滴或離子并在電場(chǎng)的作用下加速產(chǎn)生推力。離子液體推力器通過(guò)毛細(xì)作用機(jī)理被動(dòng)供給推進(jìn)劑，易于微型化、陣列化，是微納航天器姿態(tài)、軌道調(diào)控的最佳推進(jìn)方案之一。

不同于傳統(tǒng)的采用惰性氣體或金屬工質(zhì)的電推進(jìn)裝置，離子液體推力器不僅可以發(fā)射正離子，還可變換施加電壓極性實(shí)現(xiàn)負(fù)離子的引出。在工作過(guò)程中，離子液體推力器往往采用正負(fù)高壓交替施加的方式周期地引出離子液體中的正負(fù)電荷，進(jìn)而維持羽流和離子液體內(nèi)的電荷平衡實(shí)現(xiàn)自中和，同時(shí)可以避免離子液體電化學(xué)反應(yīng)對(duì)推力器壽命的影響。實(shí)際情況中，離子液體推力器的正離子與負(fù)離子發(fā)射是兩個(gè)相互獨(dú)立的過(guò)程，受到發(fā)射電壓、信號(hào)噪聲和離子液體性質(zhì)等復(fù)雜因素影響，因而推力器無(wú)法通過(guò)固定的工作參數(shù)確保發(fā)射出的正負(fù)離子電流完全相同，最終導(dǎo)致離子液體和航天器出現(xiàn)帶電問(wèn)題。在這種情況下，需要引入動(dòng)態(tài)的工作參數(shù)對(duì)離子液體推力器的正負(fù)離子束流發(fā)射進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，才能真正實(shí)現(xiàn)離子液體推力器的自中和發(fā)射。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述已有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提出一種離子液體推力器的自中和裝置，對(duì)離子液體推力器的正負(fù)離子發(fā)射電流進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)推力器的自中和穩(wěn)定工作，保證推力器工作安全可靠、延長(zhǎng)推力器的工作時(shí)間和使用壽命，并盡可能減少電荷不平衡對(duì)推力器和航天器的影響。本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下：

一種離子液體推力器的自中和裝置，包括高壓隔離電路、控制電路、取樣電路、隔離電阻、儲(chǔ)電電容和推力器，其中，

所述推力器包括推力器吸取極、推力器發(fā)射極、離子液體貯箱、電極和推力器外殼；

所述高壓隔離電路將外接輸入正極輸入的低壓直流信號(hào)轉(zhuǎn)換為正負(fù)高壓交替變化的方波信號(hào)，并由高壓輸出正極輸出，所述高壓隔離電路的外接輸入地與高壓輸出地隔離；所述高壓輸出正極與所述高壓輸出地分別與所述推力器發(fā)射極和所述推力器吸取極連接，推力器在正負(fù)高壓的驅(qū)動(dòng)下形成正負(fù)交替發(fā)射的離子束流并產(chǎn)生推力；

所述儲(chǔ)電電容與所述隔離電阻并聯(lián)設(shè)置在所述高壓輸出地與所述外接輸入地之間，所述儲(chǔ)電電容獲取由推力器正負(fù)離子非平衡發(fā)射而產(chǎn)生的高壓端電荷積累并在所述儲(chǔ)電電容兩端形成電壓信號(hào)；

所述取樣電路與所述控制電路連接設(shè)置在所述隔離電阻與所述高壓隔離電路之間，進(jìn)行信號(hào)采集并調(diào)節(jié)高壓隔離電路的高壓輸出信號(hào)進(jìn)而改變推力器束流發(fā)射狀態(tài)，最終平衡積累的電荷量，實(shí)現(xiàn)推力器自中和；

所述取樣電路對(duì)所述隔離電阻進(jìn)行分壓測(cè)量獲得所述儲(chǔ)電電容兩端的電壓參數(shù)并導(dǎo)入所述控制電路進(jìn)行計(jì)算分析，最終由所述控制電路根據(jù)分析結(jié)果對(duì)所述高壓隔離電路的所述高壓輸出正極進(jìn)行調(diào)節(jié)。

進(jìn)一步地，所述隔離電阻為百兆歐姆以上。

進(jìn)一步地，所述控制電路基于儲(chǔ)電電容的電壓信號(hào)，對(duì)高壓隔離電路的輸出電壓值及占空比進(jìn)行調(diào)節(jié)。