[发明专利]一种等离子体推力器稳态离子流场测量装置及测量方法

说明书

本发明实施例提供了种等离子体推力器稳态离子流场测量装置及测量方法，属于稳态离子流场测量技术领域。装置包括测量模块、电源模块和探针组件，探针组件包括探针、探针支架和电动转台，探针包括绝缘壳体、离子接收极、入射栅和出射栅，绝缘壳体一端开口，入射栅位于绝缘壳体的开口处，出射栅位于绝缘壳体内腔中部，离子接收极位于绝缘壳体内腔中远离入射栅的一段，入射栅的入射孔和出射栅的出射孔同轴，离子接收极、入射栅和出射栅之间相互绝缘，绝缘壳体固定在探针支架上，电动转台用于带动探针支架绕入射栅的入射孔转动。该装置探针绕测量点旋转能够得到测量点处各方位角上的离子电流密度分布函数，并同时得出离子速度的矢量角。

技术领域

本发明涉及稳态离子流场测量技术领域，特别提供了一种等离子体推力器稳态离子流场测量装置及测量方法。

背景技术

霍尔推力器是目前国际领域一种十分典型的等离子体电推进装置。等离子体推力器依靠高速喷射的等离子体羽流产生反作用推力，其工作效率决定于羽流区稳态离子流场的分布特点。因此，获取羽流区稳态离子流场分布对于推力器性能的优化具有重要意义。

由于等离子体推力器具有复杂的电离加速过程，羽流区的离子流场具有十分复杂的空间结构。在这种离子流场中，获取各点离子电流密度分布及其速度矢量角成为该领域的技术难点。为了获取推力器羽流区离子流场的特征信息，通常会采用Faraday探针分别对推力器羽流区的离子电流进行测量。中国专利CN105116435A和CN105116436A的专利文件公开了利用Faraday探针阵列对离子流场的同步测量方法，而其中用到的Faraday探针采用了常规的探针结构设计，因而无法获取离子速度的矢量角分布。在文献“Magneticallyfiltered faraday probe for measuring the ion current density profile of ahall thruster”中，利用Faraday探针只能完成对推力器的离子电流密度的测量，而无法获取离子速度的矢量角。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明实施例提供了种等离子体推力器稳态离子流场测量装置及测量方法，该装置探针绕测量点旋转能够得到测量点处各方位角上的离子电流密度分布函数，并同时得出离子速度的矢量角。

本发明的技术解决方案是：

一种等离子体推力器稳态离子流场测量装置，包括测量模块、电源模块和探针组件，所述探针组件包括探针、探针支架和电动转台，所述探针包括绝缘壳体、离子接收极、入射栅和出射栅，所述绝缘壳体一端开口，所述入射栅位于所述绝缘壳体的开口处，所述出射栅位于所述绝缘壳体内腔中部，并将所述内腔分隔成两段，所述离子接收极位于所述绝缘壳体内腔中远离所述入射栅的一段，所述入射栅的入射孔和所述出射栅的出射孔均位于绝缘壳体内腔的轴线上，所述离子接收极、入射栅和出射栅之间相互绝缘，所述绝缘壳体固定在所述探针支架上，所述电动转台用于带动所述探针支架绕所述入射栅的入射孔转动，所述电源模块用于给所述出射栅提供负偏压以滤除电子，所述测量模块用于测量所述离子接收极的离子电流信号及所述电动转台的转角信号。

在一可选实施例中，所述入射孔和出射孔之间的距离为2～3cm，所述出射孔与所述离子接收极的接收面的距离为2～4mm。

在一可选实施例中，所述离子接收极通过绝缘安装组件实现与所述出射栅的绝缘设置，所述离子接收极为截面呈T型的台阶结构，所述绝缘安装组件包括绝缘陶瓷座和内螺母，所述绝缘陶瓷座内腔为与所述离子接收极适配的台阶结构，且内腔大直径段长度大于所述离子接收极大直径段长度，所述离子接收极位于所述绝缘陶瓷座内腔中，所述出射栅位于所述绝缘陶瓷座内腔大直径端的端面处，所述绝缘陶瓷座内腔小直径段设有内螺母安装槽，所述内螺母位于所述内螺母安装槽内且与所述离子接收极直径段螺纹连接。

在一可选实施例中，所述离子接收极大直径端端面外缘设有一圈环形凸起。