[發明專利]一種混合壁面霍爾推力器

有效

• 申請號: 202210360655.4
• 申請日: 2022-04-07
• 公開（公告）號: CN114607576B
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發明（設計）人: 李鴻;劉星宇;丁永杰;魏立秋;于達仁
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: F03H1/00
• 分類號: F03H1/00
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識產權代理有限公司 23213
• 代理人: 高志光

一種混合壁面霍爾推力器，包含內鐵芯、內磁極、內磁屏、內線圈、底板、外磁屏、外線圈、導磁罩、外磁極和陽極；放電通道分為金屬段放電通道與絕緣段放電通道，金屬段放電通道為內外同心環形薄壁件，絕緣段放電通道為內外同心回轉體并分別壓在內磁屏和外磁屏的頂部，內回轉體和外回轉體的底部端面分別具有凸臺，并徑向定位于內磁屏和外磁屏的頂端側面，所述底部端面還開有卡槽，金屬段放電通道頂部布置在卡槽內且二者具有軸向、徑向縫隙；金屬段放電通道的長度和絕緣段放電通道壁面長度根據推力器的磁場特征確定。本發明混合壁面霍爾推力器能力學性能好、鍍膜后導電能力均勻、適用于放電通道壁厚較薄和大尺寸制備成型，提升了推力器性能。

技術領域

本發明涉及霍爾推力器，具體涉及一種混合壁面霍爾推力器。

背景技術

霍爾推力器是一種利用磁約束電離工質氣體，靜電場加速離子的電推進裝置，它具有結構簡單、比沖高、壽命長、可靠性好等優勢，因而近年來受到國內外研究機構的廣泛關注。傳統的霍爾推力器具有環形放電室，放電室壁面采用絕緣材料全包覆以實現陽極與其他部件之間的電絕緣性能并保護位于放電通道外部的磁路系統。此外絕緣壁面與電子相互作用產生二次電子進而對放電通道內的電子起到一個“冷卻”的作用，因此壁面材料的二次電子發射特性對通道內電子溫度分布及電離加速特性都具有重要影響，理論及實際工程研究綜合表明BN陶瓷材料具有合適的二次電子發射特性能夠使霍爾推力器達到最優化的性能，且其化學惰性、絕緣性好，因此被廣泛應用于霍爾推力器壁面材料中(其典型拓撲結構如圖1所示)。然而BN陶瓷絕緣壁面也具有以下幾點劣勢：(1)純BN陶瓷通常由粉末經熱壓燒結制備，得到純凈高密度的氮化硼極為困難，因而抗濺射能力較差，影響整機的使用壽命；(2)BN陶瓷的力學性能差，俗稱比較“脆”，霍爾推力器的放電通道壁面又是一個U形薄壁件，因此需要BN陶瓷壁面具有一定的厚度才能有足夠的結構強度進而克服衛星發射階段產生的強烈震動，由壁面占據的徑向尺寸空間對磁路設計以及整機的重量都會造成不良影響；(3)絕緣壁面在地面試驗中經常出現沉積鍍膜現象，鍍膜不均勻將會造成壁面局部導電能力的差異，進而影響推力器的正常放電，導致熄火或者局部放電不均勻等異常現象，嚴重影響工程樣機的地面測試過程；(4)BN陶瓷材料的制備受限于成型設備和工藝，難以實現大尺寸，而隨著航天技術的不斷突破，霍爾推力器向著大功率方向發展，其放電室直徑必然呈現大型化的趨勢，這些因素無疑會影響霍爾推力器未來的應用及發展前景。公開號CN110617186A公開一種新型放電室結構，通過其出口空間采用收縮和漸擴的變通道方式來提高推力器的穩定性，由于金屬腔殼直接作為承力件，也未考慮金屬陶瓷復合壁尺寸與推力器磁場特征的關系，不適用于大尺寸高功率霍爾推力器的成型制備，推力器力學性能有限。

發明內容

本發明為克服現有技術不足，提供一種混合壁面霍爾推力器，該混合壁面霍爾推力器能力學性能好、鍍膜后導電能力均勻、適用于放電通道壁厚較薄和大尺寸制備成型，給出了壁面長度與磁場相匹配關系，可通過壁面不同材料段的軸向長度與磁場特征的匹配實現改變放電通道內的電離加速過程，進而提升推力器性能。

一種混合壁面霍爾推力器，包含內鐵芯、內磁極、內磁屏、內線圈、底板、外磁屏、外線圈、導磁罩、外磁極和陽極；放電室為金屬與BN陶瓷分段組合構成的U型放電室；U型放電室的放電通道分為金屬段放電通道與絕緣段放電通道，金屬段放電通道為內外同心環形薄壁件，絕緣段放電通道為內外同心回轉體并分別壓在內磁屏和外磁屏的頂部，內回轉體和外回轉體的底部端面分別具有凸臺，并徑向定位于內磁屏和外磁屏的頂端側面，所述底部端面還開有卡槽，金屬段放電通道頂部布置在卡槽內且二者具有軸向、徑向縫隙，陽極、陽極絕緣墊、U型金屬放電室、通道絕緣墊、底板和絕緣子連接為一體；