[发明专利]一种基于毛细管放电的脉冲等离子体推力器

权利要求书

1.一种基于毛细管放电的脉冲等离子体推力器，其特征在于，所述推力器包括：电源处理单元、半导体火花塞，点火电路，主放电电路和推进剂工质；

所述电源处理单元用于提供给推力器工作所需的电压、对主放电回路中的主电容进行充电以及对点火电路供电；

所述点火电路用于输出脉冲高压使半导体火花塞发生沿面放电产生初始带电粒子；

所述半导体火花塞产生的初始带电粒子进入推进剂工质中，通过不断的碰撞电离产生等离子体；

所述推进剂工质为毛细管型，随着等离子体的产生，推进剂工质表面发生沿面闪络形成主放电电路中主电容的放电；

所述主放电电路用于对电源处理单元提供的电能进行存储与传输、烧蚀推进剂工质并加速等离子体，将主电容能量转换为等离子体动能，从而形成等离子体喷射，产生推力。

2.根据权利要求1所述的推力器，其特征在于，所述推力器还包括：阴极喷嘴、阳极和有机玻璃外壳；

所述阴极喷嘴用于加速等离子体；

所述有机玻璃外壳用于连接阴极喷嘴、阳极和推进剂工质。

3.根据权利要求2所述的推力器，其特征在于，所述点火电路包括：点火电容器、隔离用高压二级管、点火开关和预触发电路；

所述点火电容器高压端通过隔离用高压二级管与点火开关一端连接，低压端与推力器阴极喷嘴相连接；

所述预触发电路输出脉冲信号驱动点火开关使点火电容器向半导体火花塞放电产生初始带电粒子。

4.根据权利要求3所述的推力器，其特征在于：所述推进剂工质采用固体聚四氟乙烯材料；

所述推进剂工质为同轴毛细管型，能够根据推力器的空间任务所需要的输出参数改变工质的长度和内径；

所述毛细管内径为1mm～10mm，长度为9mm～20mm。

5.根据权利要求3所述的推力器，其特征在于：所述预触发电路包括电容器组、半导体开关、控制电路和脉冲变压器；

所述电容器组用于对脉冲变压器的原边放电，并在脉冲变压器副边输出脉冲高压，施加于点火开关的触发级与低压端上将其导通；

所述控制电路用于导通半导体开关。

6.根据权利要求1所述的推力器，其特征在于，所述半导体火花塞半导体的材料以碳化硅为基底，将二氧化锆、三氧化二铝、玻璃和碳化硅以17∶22∶12∶49的百分质量比例烧结而成，气孔率为5％，吸水率为0.8％。

7.根据权利要求2所述的推力器，其特征在于：所述阴极喷嘴为扩张型喷嘴状，阴极喷嘴半张角角度为15°～30°，长度为10mm～25mm；

所述阴极喷嘴与有机玻璃外壳之间采用螺纹装配并紧密配合。

8.根据权利要求2所述的推力器，其特征在于：所述阳极为中空圆柱型，所述阳极与有机玻璃外壳之间采用螺纹装配，并留有0.8-1.2mm的裕量以保证与推进剂工质间的配合。

9.根据权利要求1所述的推力器，其特征在于：所述推力器以脉冲形式工作，工作时所消耗的能量受主电容容量和充电电压控制，工作频率为0～1Hz，脉冲工作时间为4～5μs。

10.根据权利要求1所述的推力器，其特征在于：所述主电容容量为1μF～4.5μF，充电电压为1kV～3kV，初始能量为0.5J～20.25J。