[發明專利]一種空心陰極加熱絲三維引出結構

在審

• 申請號: 202310057917.4
• 申請日: 2023-01-16
• 公開（公告）號: CN116123050A
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 王偉宗;柳然;劉偉;李亦非;薛舒文
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: F03H1/00
• 分類號: F03H1/00
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

本發明提出一種空心陰極加熱絲三維引出結構，由導熱陶瓷、加熱絲、導電引出絲、導電限位絲以及絕緣限位套管組成；空心陰極本身組件包括空心陰極發射體和空心陰極陰極管；導熱陶瓷固定在空心陰極陰極管外側，加熱絲纏繞在導熱陶瓷上的螺旋槽中，加熱絲的一端與空心陰極陰極管相連作為負極接電，另一端正極接電，與導電引出絲相連，加熱絲細密纏繞在導電引出絲直段上數匝，導電引出絲圓環部分卡在導熱陶瓷末端，加熱絲在導電引出絲圓環區圍繞導電引出絲的圓環部分螺旋纏繞一周，絕緣限位套管套在導電引出絲直段上，導電引出絲直段兩根金屬絲分別位于導電限位絲鰭部的左右兩邊，穿過導電限位絲的左右兩個限位孔，導電限位絲前端插入絕緣限位套管。

技術領域

本發明屬于航天電推進技術領域，特別涉及到空心陰極的加熱絲的引出結構。

背景技術

隨著商業航天及各種衛星的發展，霍爾推力器因其具有結構簡單、體積小、總沖高、推功比大的優點，成為在軌應用數量最多的電推進裝置。霍爾推力器需要使用一個空心陰極作為電子源與中和器，這是霍爾推力器的核心部件之一。長壽命和高可靠性是現階段空心陰極主要的發展方向。目前的空心陰極的啟動大都利用歐姆效應以恒定電流對加熱絲通電，將發射體從常溫加熱到1600℃，因此需要在單位長度的發射體上有盡可能多的加熱功率，因此空心陰極加熱絲的連接方式對空心陰極的影響非常大。

由歐姆定律：恒定電流下，電阻越大的地方加熱效果越明顯，所以在使用中希望加熱絲電阻需要盡可能大，而其他導線處需要電阻盡可能小。加熱絲電阻大的結果是加熱功率大，但是加熱功率大的同時也容易導致加熱絲本身的熔斷失效，因此，在不需要加熱的導電部分減小電阻不僅僅是加熱效率的要求，還是延長壽命的要求。

在目前的加熱絲連接方法中，為了減小導線的無用電阻，通常采用的是將加熱絲末端連接一根更粗的其他材質的耐高溫導電金屬絲，但是這種辦法會大多使得加熱絲出現一個直角轉折或部分加熱絲懸空又或者兩中情況同時存在。直角轉折會造成強烈的應力集中，使得該部位成為薄弱部位；部分加熱絲懸空不僅會造成體系抗震動能力下降，還會因為加熱絲的懸空部分與導熱陶瓷沒有接觸，導致加熱絲與導熱陶瓷之間的熱量傳遞只能以熱輻射的方式進行，傳熱效果不及熱傳導，導致加熱絲本身承擔了過多的加熱功率，溫度升高，發生熔斷。

由于空心陰極內工作溫度達到了1600℃，因此加熱絲大多采用的是鎢絲或者錸鎢合金絲等耐高溫金屬絲，這為加熱絲的連接帶來了極大的困難，不能使用相對穩定可靠的焊接方式，更不能使用焊錫連接，在加熱絲和導電引出金屬絲連接的時候只能將兩個圓柱側面貼在一起形成，形成線接觸，為了減小接觸電阻，必須要增加該接觸的長度，減小接觸電阻，減小無效功率，并且在接觸電阻很大的時候，還容易在連接處由于溫度過高燒壞連接處，造成加熱電路斷路。

因此，需要找到一種可以避免加熱絲懸空，避免加熱絲出現彎折的應力集中，在有限的空間內具有更大加熱絲與導電粗絲接觸面積和更小的接觸電阻，并且保證其具有一定的抗震動性能的連接方式。