[发明专利]一种高推进剂利用率固体脉冲等离子体推力器及工作方法

权利要求书

1.一种高推进剂利用率固体脉冲等离子体推力器，包括恒力弹簧(1)、固定推进剂用的上绝缘板(2)、半导体火花塞(3)、阴极极板(5)、阳极极板(7)、高压电源(8)、主放电电容器(9)、二极管(10)、固定推进剂用的下绝缘板(11)、固体推进剂(12)；恒力弹簧(1)用于给固体推进剂(12)提供恒定推力；主放电电容器(9)一端通过二极管(10)与阳极极板(7)相连接，另一端直接与阴极极板(5)连接，并通过高压电源(8)进行充电；其特征在于：分别在阴极极板(5)、阳极极板(7)靠近半导体火花塞(3)一侧增加用于减慢中性气体前进速度的气体储存腔，在气体储存腔后侧增大阴极极板(5)与阳极极板(7)之间的间距，且阴极极板(5)与阳极极板(7)在靠近喷口末端为平行布设；半导体火花塞(3)镶嵌在阴极极板(5)内；在等离子体团产生的自感磁场相反方向上添加增加元冲量用永磁铁(4)，所述的增加元冲量用永磁铁(4)固定在气体储存腔上，用于减慢等离子体团的前进速度；在等离子体团产生的自感磁场相同方向上添加增加比冲用永磁铁(6)，所述的增加比冲用永磁铁(6)固定在极板加速区域。

2.如权利要求1所述的一种高推进剂利用率固体脉冲等离子体推力器，其特征在于：为防止中性气体团在未进入气体储存腔前从固体推进剂(12)两侧扩散，固体推进剂(12)端面为半圆形凹槽。

3.如权利要求1或2所述的一种高推进剂利用率固体脉冲等离子体推力器，其特征在于：为定位增加元冲量用永磁铁(4)、增加比冲用永磁铁(6)相对于阴极极板(5)与阳极极板(7)的位置，在阴极极板(5)与阳极极板(7)上增加定位圆柱，所述的圆柱用于与增加元冲量用永磁铁(4)、增加比冲用永磁铁(6)进行相互定位与固定。

4.如权利要求1或2所述的一种高推进剂利用率固体脉冲等离子体推力器，其特征在于：所述的在气体储存腔后侧增大阴极极板(5)与阳极极板(7)之间的间距的方式，选由两段圆弧组成的过渡段，所述圆弧的圆心角为30°～45°。

5.如权利要求1或2所述的一种高推进剂利用率固体脉冲等离子体推力器，其特征在于：工作方法为，首先将主放电电容器(9)充电至所需的高电压，虽然此时的阴极极板(5)与阳极极板(7)之间存在强电场，但在真空情况下缺少导通条件，不能自行击穿；当主放电点火回路接收到预设的触发信号时，半导体火花塞(3)开始点火，发射出少量的粒子，所述的粒子包括电子、离子、中性粒子，粒子与固体推进剂(12)表面碰撞后，推进剂表面由于二次电子现象会发射出大量的粒子，其中带电粒子在阴极极板(5)与阳极极板(7)的强电场作用下被加速，继续与固体推进剂(12)表面及发射出的粒子碰撞，使推进剂表面发射出更多的粒子，然后烧蚀出的气体分子被分解并离子化成带电粒子，当等离子体团足够大时，主放电电容器(9)、阴极极板(5)、阳极极板(7)和等离子体团构成RLC的电流回路，并在等离子体团后方产生自感磁场；等离子体团在自感磁场与外加磁场共同产生的安培力作用下喷出，并产生所需推力；由于固体推进剂(12)表面采用凹槽形状，能够提高点火的成功率、并防止烧蚀出的中性气体还未电离就已经扩散；由于增加元冲量用永磁铁(4)被固定在气体储存腔上，其磁场方向与等离子体团的自感磁场方向相反，减慢等离子体团的速度，气体储存腔减慢中性气体前进速度，磁铁的磁力作用与气体储存腔均能够增大带电的粒子与中性气体的碰撞概率，提高固体推进剂(12)的电离率；由于RLC回路放电后期电流会衰减，单靠等离子体自感磁场加速比冲达不到推力需求，在等离子体团产生的自感磁场相同方向上添加增加比冲用永磁铁(6)，增大等离子体的前进速度进而满足推力器的比冲需求；增大极板间距以加速等离子体，由于且阴极极板(5)与阳极极板(7)在靠近喷口末端为平行布设，从而能够避免产生不必要的速度分量，即进一步提高推力器有效比冲。