[发明专利]一种用于大功率附加场磁等离子体动力推力器的超导系统

说明书

一种用于大功率附加场磁等离子体动力推力器的超导系统，包括超导磁体、升降平台、电源引线、冷却夹层通道、制冷机、真空泵组、超导电源以及真空舱。超导磁体与大功率附加场磁等离子体动力推力器匹配安装，并通过支架与升降台面螺钉安装置于真空舱内，超导磁体上部通过冷却夹层通道与制冷机相连，内置电源引线从上部连接超导电源，制冷机侧面预留法兰连接真空泵组。本发明通过超导磁体与推力器匹配系统优化设计和热仿真分析，合理进行系统布局和预留接口端，解决了常规超导系统冷却系统须就近放置以及管路延长所带来的漏热的问题，实现了超导在真空下闭环稳定运行并与推力器联合试验。

技术领域

本发明涉及一种用于附加场磁等离子体动力推力器的超导系统。

背景技术

随着航天器应用电推进平台和深空探测任务的需求，我国已开展多种电推进技术研究，并取得了长足的进步，但鉴于我国大功率空间电源技术仍处于研制阶段，国内对大功率MPDT的研究起步较晚。磁动力等离子体推力器的工作原理是通过在阴阳极之间放电形成电弧，由推进剂形成的高温等离子体中有高电流通过，电流感生磁场和附加磁场与电流相互作用，产生轴向的洛伦兹力，使推进剂加速排出产生推力。

大功率MPD推力器的效率一直是制约其广泛应用的瓶颈。MPD推力器的效率提升主要依靠内部等离子体的运动调控，也就是优化设计后的强磁场。现有国内在MPD推力器上应用的磁线圈均为常规铜线圈，重量大、磁场弱、功耗高、工程应用难度大，这就大大削弱了磁场对等离子体的约束力，导致推力器效率较低。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，本发明提出了一种用于大功率附加场磁等离子体动力推力器的超导磁体，采用低温超导技术，在极低的功耗下实现T级磁场，同时具备重量低、体积小、磁场均匀度高等优势。

本发明的技术解决方案是：一种用于大功率附加场磁等离子体动力推力器的超导系统，包括超导磁体、升降平台、电源引线、冷却夹层通道、制冷机、真空泵组、超导电源以及真空舱；

升降平台安装在真空舱内，超导磁体通过支架与升降平台连接；冷却夹层通道包括中心管路和杜瓦通道，杜瓦通道包裹中心管路；冷却夹层通道通过杜瓦通道连通制冷机和超导磁体，制冷机通过管路连接至真空泵组实现杜瓦通道内部真空；电源引线置于冷却夹层通道的中心管路中，制冷机通过冷却夹层通道的中心管路向超导磁体充入低温液体；电源引线通过供电电线连接至超导电源。

超导磁体为圆柱形结构，外径范围为350～450mm，内径范围为150～200mm，圆柱高度为120～180mm。

超导磁体的中心磁场强度超过1T，且沿轴向先增加后减小，磁感线空间分布呈先收敛后扩散的形式。

超导磁体外表面安装云母板进行防护与隔热。

升降平台采用无磁材料制造，通过丝杆传动调节四角高度，高度调节范围为±400mm。

制冷机保持电源引线和超导磁体内部处于低温状态，温度保持在77K以下。

真空泵组实现杜瓦内部真空度达到10^-4Pa以下。

低温液体采用液氦、液氖或液氮。

超导电源功率在300W以内。

真空舱直径范围为1.5～3m，内部真空度保持在10^-5～10^-1Pa量级。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明的超导磁体磁场强度大于1T，磁场均匀性高，体积重量小。本发明的超导系统冷却夹层通道经过热结构优化设计，漏热极小，可使得超导磁体内部保持低温状态。