[发明专利]一种基于电控的静电式推力器及其电极板

说明书

本发明属于推进器领域，尤其涉及一种基于电控的静电式推力器及其电极板。本发明的静电式推力器主要包括外壳、电极板、储液腔、固定框，所述储液腔顶端外部设置有发射部件，所述电极板包括在其上均匀分布的电极板孔，在该电极板厚度方向上，所述电极板孔具有相互连通的变孔径和直孔径，避免现有技术中带电离子因紊乱电场而产生轨道偏移而直接撞击至电极板上所带来的能量损失，减少了对电极板的腐蚀，也增加了带电离子的合推力。同时，本发明在变孔径和直孔过渡区域设计为圆弧过渡，减少了附加电场对带电离子的轨道偏移，避免已进入电极板孔的带电离子因附加电场而无法逃离电极板孔所带来的带电离子损失。

技术领域

本发明属于推进器领域，尤其涉及一种基于电控的静电式推力器，以及包括所述静电式推力器的应用。

背景技术

离子液体电推进器属于一种胶体电推进器，使用离子液体作为推进剂。离子液体是指室温熔融盐，即纯粹由阴离子和阳离子构成的液体，通过组合不同的阴阳离子，可广泛应用于捕获和再利用燃料脱硫、燃料电池、电镀金属等。

离子液体普遍具有高电导率、可忽略蒸汽压、低表面张力、宽液态温度范围的特性，作为电推进器的推进剂时，其高电导率使得其具有较高的发射电流，从而具备更高的推力；而蒸汽压可忽略和保持液态的特点使得推进剂的存储和补给变得更简单，低表面张力使ILT（离子液体电推进器）相比FEEP（场效应电推进器）和普通胶体推进器具备更低的启动电压，离子液体相比普通胶体推进器更易达到纯离子发射模式，使得比冲远高于后者，推进剂的利用效率更高。

现有的离子液体电推进器中，从发射锥尖端被电场吸引出的微量液滴由于复杂电场作用，而容易撞击到电极板上，进而无法穿过电极板上的通孔，导致带电微量液滴的损失，如公开号为CN110230582A的专利申请，其一方面大大降低了推进速度，浪费了推进能量，另一方面也使电极板因附着过多带电液滴而发生腐蚀和电场紊乱的不良效果，进一步降低了推进器的使用寿命。

本发明设计一种基于电控的静电式推力器，以及包括所述静电式推力器的应用来解决如上问题。

发明内容

为解决现有技术中的上述缺陷，本发明采用以下技术方案来实现。

一种用于离子液体电推进器的电极板，该电极板包括多个均匀分布的大致呈圆形的通孔，所述每个通孔在电极板厚度方向上包括多个区段，该多个区段依次连通且各个区段的平均孔径和/或外轮廓曲线均不同，以使从通孔外发射的离子液体在被加速的过程中穿过该通孔。

作为本技术的进一步改进，所述区段至少包括第一、第二和第三区段，所述离子液体依次经过第一、第二和第三区段以穿过该通孔；在离子液体行进方向上，所述第一区段孔径呈线性递减，所述第三区段孔径不变，所述第二区段的外径轮廓线为弧形，其与所述第一、第三区段分别在轮廓连接处相切。

作为本技术的进一步改进，在沿所述通孔中轴线的纵剖面上，所述第一区段外轮廓线与所述中轴线夹角为γ，且γ∈(75°,90°)。

本发明还包括一种基于电控的静电式推力器，该推力器包括上述电极板、外壳、储液腔、固定框，所述储液腔顶端外部设置有离子组件，该离子组件包括在平面上均匀分布的尖端，该尖端的尖部延长线与所述电极板通孔中轴线基本共线；所述离子组件外接正电极，所述电极板外接负电极或接地，所述离子液体浸透所述尖端并沿尖端的尖部延长线喷出，在所述离子组件与电极板所形成的电势差作用下，被喷出的所述离子液体基本沿电场线方向加速，并高速穿过所述电极板通孔以产生强推力，所述加速度为α₀。

作为本技术的进一步改进，所述电极板外接负电极时，其与所述离子组件之间的电势差是实时变化的。