[发明专利]一种电推进发动机羽流诊断装置

说明书

技术领域

本发明属于空间电推进发动机喷气羽流诊断技术领域，属于接触式诊断方法，涉及一种电推进发动机羽流诊断装置。

背景技术

电推进发动机具有比冲高、效率高、寿命长及体积小等优点，可以应用于轨道保持、轨道转移、阻力补偿、姿态控制以及行星际飞行主推进等大部分空间推进任务，在航空航天领域内有着广泛的应用前景。

自上世纪90年代以来，世界各航天大国纷纷研制了各种用于空间推进的电推进发动机，如离子发动机、霍尔(Hall)效应推力器、电弧加热推力器以及胶质离子发动机等。上述发动机的共同特征是将来自航天器电源的电能转化为推进剂的动能，发动机喷出的气体或液滴均带有净电荷，因此，电推进发动机喷出的羽流和传统化学火箭发动机羽流有很大的不同，传统化学火箭发动机将推进剂的化学能转化为动能，发动机喷气仍然为气体分子、原子或固体颗粒，可以认为这些分子、原子和颗粒不带有净电荷。

电推进发动机羽流中气体原子和液体颗粒带有的净电荷给发动机的研制以及应用电推进发动机的航天器带来特殊的问题。主要集中在带电羽流对航天器太阳能帆板的影响、羽流对航天器上敏感元器件的影响、羽流对航天器热控表面的影响以及羽流对通讯设备的影响等。

针对应用电推进发动机羽流对航天器的影响及其特点，国内外对其展开了广泛地研究。对电推进羽流的研究按照发动机状态可分为地面试验诊断和飞行试验诊断，按照诊断方法可分为两大类：接触式诊断和非接触式诊断。接触式诊断包括朗缪尔(Langmuir)静电探针诊断、法拉第探针诊断等；非接触式诊断主要为各种光学诊断方法。通过这些诊断，可以得到发动机羽流中带电离子的温度、密度以及不同带点状态离子的比例等信息，为发动机的研制以及了解发动机羽流对航天器的影响提供参考。

就接触式诊断方式而言，静电探针虽然能得到电推进羽流中的电子及离子密度信息，如果要想得到羽流中这些粒子的分布情况，就需要有探针位移系统来实现不同羽流位置处的诊断，而这种做法对羽流的稳定性提出了很高的要求，同时也会对羽流造成扰动。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种电推进发动机羽流诊断装置。目前国内外对于电推进发动机羽流的诊断主要采取静电探针诊断方法，本发明采用环形电流收集装置作为诊断装置，通过采集到的电流得到电推进发动机羽流中不同位置处的电流密度，进而得到带电粒子的密度分布等信息。

本发明所述的一种电推进发动机羽流诊断装置，包括：轴、弹性元件和连接装置，所述的弹性元件和连接装置以轴的中线左右对称；

电流收集装置包括绝缘垫座和电流收集环装置，电流收集环装置包括绝缘垫、中心电流收集片和若干个电流收集环；所述的绝缘垫为金字塔状，顶端开有凹槽，各级台阶上开有孔，用于引入导线，将每个电流收集环和相应的电流表连接；电流表用来读取每个电流收集环上的电流；电流收集环装置通过绝缘垫固定安装在绝缘垫座上；中心电流收集片过盈安装在绝缘垫的中心凹槽中，每个电流收集环的半径不同，以中心电流收集片为圆心，依次过盈安装在绝缘垫的金字塔各级台阶上；

电流收集装置移动部件由移动座、步进电机移动螺杆、步进电机、步进电机导线和步进电机控制箱构成；步进电机固定在真空舱内试验平台上，电流收集装置的绝缘垫座安装在移动座上，移动座底面设置两条导轨与试验平台上有两条轨道相配合；步进电机移动螺杆的一端连接移动座，另一端连接步进电机，移动座在步进电机控制下，随步进电机移动螺杆一起沿着真空舱内试验平台上的轨道轴向运动；步进电机控制箱与步进电机通过步进电机导线连接，实现步进电机控制箱对步进电机的控制。

本发明的优点在于：

(1)采用较为简单的装置，针对电推进发动机羽流的诊断；

(2)利用此装置可以得到发动机羽流的发散角；

(3)利用此装置可以得到羽流中带电粒子的分布情况；

(4)利用此装置在羽流的诊断过程中的操作、控制相对简单，易于掌握。

附图说明

图1是本发明的一种电推进发动机羽流诊断装置结构示意图；

图2是本发明的电流收集环装置结构示意图；

图3是本发明的绝缘垫结构示意图；

图4是本发明图3中绝缘垫A-A面的结构示意图；

图5是本发明的电推进发动机羽流诊断装置的诊断原理结构示意图。

图中：

1-电流收集装置    2-绝缘垫座            3-电流收集环装置      4-试验平台