[发明专利]一种多级会切磁场等离子体推力器的电流均化磁场结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种电流均化磁场结构，具体涉及一种多级会切磁场等离子体推力器的电流均化磁场结构。

背景技术

多级会切磁场等离子体推力器是基于霍尔推力器的原理发展的一种新型电推力器。该推力器的放电通道的外围是陶瓷套筒，并采用多级反向永磁铁形成会切磁场，形成的会切磁场能够束缚由位于放电通道外的阴极发射的自由电子，自由电子会沿着磁感线做螺旋运动，并在通道上游的阳极施加的高电压产生的电场的作用下向阳极方向运动，自由电子受到会切磁场的磁镜作用，在两个磁镜尖端处来回运动。电子与从通道上游进入的中性气体工质，通常为氙原子，发生碰撞，在电子能量足够大的基础上，氙原子被电子电离，形成一个正一价的氙离子和另外一个负一价的自由电子，氙离子在空间电场的作用下加速喷射出推力器的放电通道，产生推力。自由电子在碰撞的过程中能量减小，进入下一级会切磁场产生的磁镜中，直到最后到达阳极区，形成放电回路。阴极产生的另一部分自由电子会中和从推力器中喷射出的正一价氙离子。

这种多级会切磁场的设计可以分离电离区域和加速区域，磁镜效应能够有效的束缚电子，提高了气体工质的电离率和推力器的推力、效率。

气体工质的电离率是影响推力器的推力、效率及比冲等整体性能参数的一个重要因素，电离过程是电子与中性原子碰撞的过程，因此磁场能否有效地束缚住电子起到了关键作用。现在普遍的多级等离子体推力器沿陶瓷通道壁面处的磁场强度很强，导致在靠近壁面处的磁感线上没有产生明显的磁镜效应，同时由磁镜尖端发射的磁感线多在陶瓷壁面处强磁场压力的作用下靠近中轴线，因此多数电子沿着靠近通道中轴线的位置进入通道上游。

被电离之后的离子在吸收电子变成中性原子的过程中，电子在能级跃迁时会向外辐射电磁波，大量电磁波的集中辐射就会形成明亮的光柱，而中性原子的电离和正一价离子的中和都会发生在电子密度较高的地方，因此可以认为有明亮光柱的地方就是中性原子电离率较高的地方。

在推力器的工作过程中能够发现沿着推力器的放电通道中心直径约5mm的区域内有一条明亮的光住，而放电通道中其他半径范围的亮度会低很多，实验完成后检查不锈钢阳极表面能够发现在中心处有一个直径约3mm，深度约1.5mm的离子腐蚀凹槽。因此可以判断电子在放电通道中分布不均匀，主要沿轴线附近区域运动，这导致了放电通道中其他半径范围的中性气体没有被充分电离，影响了电离率，进而影响了推力、效率等推力器整体性能参数。

电子形成的空间加速电场的方向几乎是垂直于磁分界面的，因此磁分界面的角度对羽流角度的影响很大，进而影响了发动机的推力、效率等推力器整体性能参数，现在的多级会切磁场等离子体推力器的磁分界面角度受永磁铁的尺寸配合影响，调节较不方便。

在对多级会切磁场等离子体推力器的磁场位形设计过程中，应该考虑到电子运动位置的均化问题，减小磁分界面的角度，同时应该尽量简化推力器结构、减轻推力器质量并减少实验成本。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有多级会切磁场等离子体推力器的放电通道壁面处的磁场强度太高，磁镜尖端处发射的磁感线太靠近放电通道中轴线而导致的电子分布不均匀，电离率低，以及磁分界面角度较大的问题。进而提供一种多级会切磁场等离子体推力器的电流均化磁场结构。

本发明的技术方案是：一种多级会切磁场等离子体推力器的电流均化磁场结构包括外壳、两个固定端板、陶瓷套筒、出口陶瓷垫片、阳极和通气器、多个磁场引导环、多个环形永磁体和多个导磁环，两个固定端板分别安装在外壳的上下表面上，陶瓷套筒竖直安装在外壳内，且陶瓷套筒的下端伸出外壳，阳极和通气器安装在陶瓷套筒内壁底端并伸出陶瓷套筒的底端，外壳的内侧壁与陶瓷套筒的外侧壁之间的上下端面上分别设有一个导磁环，两个反向的环形永磁体扣合组成永磁体环，永磁体环内设有一个导磁环组成一个组件，多个组件分别水平安装在陶瓷套筒和外壳之间的内腔内，且多个组件分别位于所述内腔内的上部和下部，外壳的内侧壁设有多个磁场引导环。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

1.本发明能够代替同等高度的永磁铁，磁镜尖端处仍然可以产生磁镜效应，将磁镜尖端之间的陶瓷通道壁面处的磁场强度减小到小于中轴线出的磁场强度，使得电子在靠近陶瓷壁面区域的磁感线上能够产生更有效的磁镜效应，

2.本发明能够使放电通道中轴线处的磁感线向半径较大的方向拓展，使电子在沿着磁感线运动时能够运动到半径较大的区域。