[发明专利]一种控制霍尔推力器羽流发散角的装置

说明书

本发明公开了一种控制霍尔推力器羽流发散角的装置，该装置包括永磁铁、陶瓷外壳和电极，陶瓷外壳呈闭合环状，陶瓷外壳的内侧面设置有电极，陶瓷外壳内包有永磁铁。本发明解决了由于现有霍尔推进器羽流发散角过大而导致的推力损失、推力器部件侵蚀、航天器部件受损的问题，提出了一种控制霍尔推力器羽流发散角的装置，能够有效地控制羽流区离子的运动，该装置具有结构简单，适用性较强等优点，拓展了羽流发散角控制方式的自由度，为高可靠性推力器和航天器的空间应用奠定了基础。

技术领域

本发明涉及一种控制霍尔推力器羽流发散角的装置，属于航天电推进技术和等离子体技术领域。

背景技术

当今空间科学技术的快速发展已取得了世人瞩目的成就，然而不断拓展的空间任务对空间飞行器的功能和性能提出了更高的要求，为空间飞行器提供动力的电推进装置也随之面临着迫切的技术升级甚至革新。霍尔推力器作为一种国际上应用最为广泛的空间电推进技术，其相比于传统的化学推力器，具有结构简单、高比冲、长寿命等优势；相比于其他电推力器，具有功率、推力范围大，比冲适中，免于空间电荷限制等优势。霍尔推力器现已成为世界各国降低航天器总质量、提高平台有效载荷、延长在轨寿命的最有效手段之一。

霍尔推进器通过工质原子与被磁场约束的电子进行碰撞电离产生离子，离子在等离子体自洽形成的轴向电场作用下高速喷出产生推力。然而，磁场并非完全沿径向方向，同时磁力线也并非完全是等势线，因此加速电场不可避免的具有径向分量，进而导致羽流的发散。传统的霍尔推力器羽流半角为45°左右，这种大的发散角度不仅会引起推力损失，同时还会侵蚀陶瓷通道、空心阴极等推力器部件，甚至损坏天线、太阳能帆板等航天器部件。因此，有效地控制羽流发散角是延长霍尔推力器寿命，增强航天器可靠性的必要环节。

霍尔推进器的工作原理决定了通过直接优化电场来改善羽流发散的方式是非常困难的，纵然各研究机构针对羽流发散角的控制已开展了大量研究工作，但其均从优化磁场的角度去着手开展的，所取得的效果仍难以满足日益苛刻的空间应用需求。因此，本发明致力于从远端控制离子运动的角度来解决羽流发散角过大的问题，提出了一种控制霍尔推力器羽流发散角的装置，以实现对推力器羽流区离子的有效控制，进而减小羽流发散角。

发明内容

本发明为解决由于现有霍尔推进器羽流发散角过大而导致的推力损失，陶瓷通道、空心阴极等推力器部件侵蚀，天线、太阳能帆板等航天器部件受损的问题，进而提出了一种控制霍尔推力器羽流发散角的装置，能够有效的控制羽流区离子的运动，该装置具有结构简单，适用性较强等优点，拓展了羽流发散角控制方式的自由度，为高可靠性推力器和航天器的空间应用奠定基础。

本发明提出一种控制霍尔推力器羽流发散角的装置包括永磁铁、陶瓷外壳和电极，所述陶瓷外壳呈闭合环状，所述陶瓷外壳的内侧面设置有电极，所述陶瓷外壳内包有永磁铁。

优选地，所述陶瓷外壳包括外陶瓷、上内陶瓷和下内陶瓷，所述外陶瓷位于陶瓷外壳的外侧面，所述上内陶瓷位于电极的上方，所述下内陶瓷位于电极的下方。

优选地，所述电极通过锡焊固定于上内陶瓷和下内陶瓷之间，成为一体结构。

优选地，所述上内陶瓷上设置有接线孔，用于接入0-150V范围内的正偏置电压，建立指向通道中心的电场。

优选地，所述永磁铁的材料为耐高温钐钴永磁铁Sm₂Co₁₇。

优选地，所述陶瓷外壳的材料为Al₂O₃。

优选地，所述电极的材料为殷钢。

本发明所述的控制霍尔推力器羽流发散角的装置的工作原理为：