[发明专利]一种离子推力器放电室结构

说明书

一种离子推力器放电室结构，包括锥段部分和柱段部分，锥段部分由互成角度的两锥段构成，具体由设置在放电室阴极一端的阴极导磁环，设置在放电室锥段中部的锥段中间导磁环和设置在放电室锥段和柱段的交界处的中间导磁环构成；所述柱段部分由两柱段构成，具体由所述中间导磁环，放电室柱段中部设置的柱段中间导磁环及放电室靠近栅极的一端设置的屏栅导磁环构成；所述阴极导磁环、锥段中间导磁环、中间导磁环、柱段中间导磁环和屏栅导磁环中依次相邻的两者之间周向均匀安装柱形永磁铁而形成放电室内部磁极方向N、S交替变换的环尖放电室磁场。本发明具有电离效率高、等离子体分布均匀、束流平直度好、束流分布均匀、所需永磁体磁感应强度弱等优点。

技术领域

本发明涉及离子推力器技术领域，具体涉及一种离子推力器的放电室结构。

背景技术

电推进系统与常规的化学推进系统相比，具有推力小、比冲高、寿命长、推力可调节和安全性好等特点，使其在空间领域执行相同航天任务相比于化学推进，可以大大节省推进剂质量需求量、大大提高控制精度、更适合长时间高速飞行。离子推力器放电室设计是其核心设计内容，优化放电室的磁场设计可以更好的约束原初电子，从而降低放电损耗、提高工质利用率、束流平直度和延长工作寿命。

根据中国专利CN201510410241.8，现有的离子推力器放电室环尖磁场放电室设计中将放电室锥段设计为两段，但两段锥段在一条直线上，与放电室轴线成45°夹角，同时柱段只有一段，这种设计导致放电室内“磁空区”占整个放电室的比例仍然不超过50%，导致束流均匀性和平直度较差，在放电室轴线靠近栅极附近的束流密度过大，在需要高束流密度和长寿命的离子推力器设计中，无法满足推力器长时间工作的要求，因此这种放电室磁场分布便不再适用。

发明内容

本发明提出一种离子推力器放电室结构，使放电室有85%以上的区域为磁空区，可以产生高效均匀的等离子体，可用于需要高束流密度和长时间工作的离子推力器设计中。

本发明所采用的技术方案为：

一种离子推力器放电室结构，包括锥段部分和柱段部分，所述锥段部分由互成角度的两锥段构成，具体为由设置在放电室阴极一端的阴极导磁环，设置在放电室锥段中部的锥段中间导磁环和设置在放电室锥段和柱段的交界处的中间导磁环构成；所述柱段部分由两柱段构成，具体为由所述中间导磁环，放电室柱段中部设置的柱段中间导磁环及放电室靠近栅极的一端设置的屏栅导磁环构成；所述阴极导磁环、锥段中间导磁环、中间导磁环、柱段中间导磁环和屏栅导磁环中依次相邻的两者之间周向均匀安装柱形永磁铁（7）而形成放电室内部磁极方向N、S交替变换的环尖放电室磁场。

所述阴极导磁环与锥段中间导磁环之间的放电室阳极壁面和放电室轴线成10°~15°夹角，而锥段中间导磁环与中间导磁环之间的放电室阳极壁面和放电室轴线成50°~55°夹角，柱段部分的放电室垂直于放电室轴线。

所述阴极导磁环和锥段中间导磁环之间的锥段磁极间距A2为70mm~80mm；所述锥段中间导磁环和中间导磁环之间的锥段磁极间距A1为60mm~70mm；所述中间导磁环和柱段中间导磁环之间的柱段磁极间距B2为40mm~48mm；所述柱段中间导磁环和屏栅导磁环（5）之间的柱段磁极间距B1为40mm~52mm。

所述阴极导磁环的磁极厚度为3~5mm，磁极尖端处有40°~45°的倒角。

所述锥段中间导磁环和屏栅导磁环的磁极厚度为3.5~5mm。

所述中间导磁环和柱段中间导磁环的磁极厚度为5~6mm。