[发明专利]小型离子风电推进装置

说明书

本发明公开了一种小型离子风电推进装置，包括高压电源、绝缘基座、固定于绝缘基座上且沿竖向、相对设置的电离电极和接地电极，电离电极和接地电极通过高压导线分别与高压电源的高压输出端、接地端相连；电离电极包括第一金属框架及固定设置于第一金属框架内的金属片栅网，金属片栅网上固定设有金属基碳纳米管垂直阵列，并使得金属基碳纳米管垂直阵列与第一金属框架电学导通；接地电极包括第二金属框架及固定设置于第二金属框架内的金属栅网。本发明可以大幅度提高空气电离效率，整体尺寸可以缩小到10cm量级，可在大气中应用。

技术领域

本发明涉及低速飞行器动力设备，特别是涉及一种在大气中采用电源驱动的小型离子风电推进装置。

背景技术

目前，离子风电推进装置主要依靠电离加速空气而形成动力。当大气流经离子风装置高压电极附近时中性气体分子被电离，电离所产生的离子在电场作用下向接地端漂移，在漂移过程中碰撞和加速大气中性分子，进而形成推力，推力大小与电极之间的电荷密度及电场强度相关。目前常规离子风电推进装置采用的高压电极主要为半径1mm以下的金属导线作为电离电极，采用金属片或金属丝作为接地极。由于单根导线所电离的大气中性分子有限，所产生推力约为50mN/m，因此为达到100mN以上推力，离子风电推进装置通常较为庞大，由多根长达1米以上的金属导线并联形成，推进装置截面积多在1平方米以上，所占空间较大，而且推力弱小，导致常规离子风推进装置实用性较差。

发明内容

发明目的：针对常规离子风电推进装置大尺寸限制，本发明的目的是提供一种小型离子风电推进装置，以碳纳米管垂直阵列为电极，可以大幅度提高空气电离效率，整体尺寸可以缩小到厘米量级，可在大气中应用。

技术方案：本发明的小型离子风电推进装置包括高压电源、绝缘基座、固定于绝缘基座上且沿竖向、相对设置的电离电极和接地电极，电离电极和接地电极通过高压导线分别与高压电源的高压输出端、接地端相连；电离电极包括第一金属框架及固定设置于第一金属框架内的金属片栅网，金属片栅网上固定设有金属基碳纳米管垂直阵列，并使得金属基碳纳米管垂直阵列与第一金属框架电学导通；接地电极包括第二金属框架及固定设置于第二金属框架内的金属栅网。

其中，金属框架起固定作用，金属栅网为接地电极收集离子形成闭合回路；第一金属框架即为电离电极金属框架，第二金属框架即为接地电极金属框架。电离电极的第一金属框架可为四方形金属边框结构，第一金属框架可通过螺丝固定在绝缘基座上；电离电极的金属片栅网由多个金属片相互嵌套而成，为多孔结构，金属基碳纳米管垂直阵列固定于金属片上；第二金属框架可为环状或四方形金属边框结构，通过螺丝固定绝缘基座，由导线连通高压电源接地端；金属栅网为金属丝或金属片编织成的网状结构，焊接在第二金属框架上。

进一步地，金属片栅网由多个金属片相互嵌套而成，金属基碳纳米管垂直阵列固定于金属片上，金属片的数量可根据实际推力需要进行设计确定；金属栅网为由金属丝或金属片编织成的网状结构。金属片栅网和金属栅网的固定方式可采用焊接固定在金属框架内。由于现有技术中的金属基碳纳米管垂直阵列均为厘米量级，即长度为几个厘米的小块，因此该固定方式可以实现在单位面积内固定相对较多的金属基碳纳米管垂直阵列，增加电离面积，产生更大推力的同时，并且可以减少空气流经电极的阻挡截面积。

优选地，金属片栅网的金属片两侧面上均固定有金属基碳纳米管垂直阵列。

进一步地，所述金属基碳纳米管垂直阵列为铜基或不锈钢基。铜基和不锈钢基为目前制作碳纳米管垂直阵列转移成功率较高材料，而且相比碳布等材料结构更稳定，电离时热传导率高，不易融化。

进一步地，所述高压电源提供10kV以上的正电压或负电压；高压电源的高压输出端通过导线连接电离电极的第一金属框架，导通金属基碳纳米管垂直阵列，使得金属基碳纳米管垂直阵列表面形成较大电场。