[发明专利]一种多环导磁柱霍尔推力器磁路结构

说明书

一种多环导磁柱霍尔推力器磁路结构，包含底板、内铁芯、磁极片、N组通道磁屏环和若干个导磁柱；内铁芯和N组通道磁屏环由内至外同心设置，在相邻两个通道磁屏环之间以及第N组通道磁屏环外侧分别沿周向均匀布置有多个导磁柱，形成等效导磁环，内铁芯、N组通道磁屏环和多个导磁柱均连接在底板上，内铁芯和导磁柱周侧面均缠绕有线圈，每组通道磁屏环为顶部开口的双环结构，通道磁屏环与底板垂直，内铁芯的顶部和每个导磁环的顶部连接有磁极片，其中内铁芯和布置在内铁芯顶部的磁极片均为中空结构；每个磁极片上的通孔与对应的导磁柱间隔排布。本发明可有效提升多环霍尔推力器磁路散热能力进而降低磁路温度，提升可靠性及放电稳定性。

技术领域

本发明涉及一种霍尔推力器，具体涉及一种多环导磁柱霍尔推力器磁路结构。

背景技术

霍尔推力器是一种利用正交电磁场电离并加速工质的推进装置，它具有结构简单、高比冲、高效率、长寿命、可靠性好等空间推进装置的先进特征。传统的霍尔推力器具有单环放电室，其功率等级普遍在kW量级，目前广泛应用于各类航天器的位置保持、姿态控制等任务，是技术成熟度最高的电推进装置。然而，随着“月球基地”、“登陆火星”等计划的提出，未来“地月”、“地火”货物运输及轨道转移等空间任务都需要大推力的动力装置，而传统的kW级霍尔推力器只能产生百mN级推力，与未来的空间飞行任务适配性略显不足，当下急需开展大功率大推力霍尔电推进技术研究。传统单环霍尔推力器在向大功率方向拓展的过程中需要增加内部非通流面积来提高磁场强度，进而约束电子，故其内部出现“空心化”的问题。进而产生推力密度、推重比降低等技术矛盾。因此，同心多环嵌套结构霍尔推力器被提出，其具有多个同轴的圆环形放电通道，空心阴极位于中轴线上，各个放电通道可共用阴极，最大限度地提高了霍尔推力器内部的空间利用率，同等功率水平下有效地降低了重量，提高了推力密度及推重比。然而，同心多环嵌套式霍尔推力器与传统单环霍尔推力器相比技术成熟度不足，具体表现为：其相邻的放电通道之间存在互相干扰，难以解耦；多通道共用一个阴极，进入外环的电子不足导致阴极耦合效果差，推力器效率降低；其多环超大功率模式工作下需要超大电流空心阴极来维持放电对配套空心阴极发射电流需求达到几百安培，但目前百安培量级超大电流空心阴极占用空间较大技术成熟度不足。此外磁路均为封闭腔室结构，存在产热严重、散热困难的问题，尤其相邻两个通道中间的磁路结构处于相邻两个放电通道的高温辐射环境中，散热难的问题尤为突出。而磁路结构温度过高会影响其导磁能力进而影响通道内的磁场以及推力器的正常放电过程，因此需要制定非封闭腔室结构的磁路设计方案，来增加多环霍尔推力器中间磁路的散热能力，从而提升多环霍尔推力器的可靠性及放电稳定性。

发明内容

本发明为克服现有技术不足，提供一种多环导磁柱霍尔推力器磁路结构，该磁路结构可有效提升多环霍尔推力器磁路散热能力进而降低磁路温度，提升可靠性及放电稳定性，并降低其对超大电流空心阴极技术的依赖性，提高阴极耦合效果。

一种多环导磁柱霍尔推力器磁路结构，包含底板、内铁芯、磁极片、N组通道磁屏环和若干个导磁柱，其中N≥2，且为整数；内铁芯和N组通道磁屏环由内至外同心设置，在相邻两个通道磁屏环之间以及第N组通道磁屏环外侧分别沿周向均匀布置有多个导磁柱，形成等效导磁环，内铁芯、N组通道磁屏环和多个导磁柱均连接在底板上，内铁芯和导磁柱周侧面均缠绕有线圈，每组通道磁屏环为顶部开口的双环结构，通道磁屏环与底板垂直，内铁芯的顶部和每个等效导磁环的顶部连接有磁极片，其中内铁芯和布置在内铁芯顶部的磁极片均为中空结构；当N＝2时，在第一个等效导磁环上布置的磁极片上均沿周向开设多个通孔，当N＞2时，在第一个等效导磁环至第N-1个等效导磁环上各自布置的磁极片上均沿周向开设多个通孔，每个磁极片上的通孔与对应的导磁柱间隔排布。

本发明相比现有技术的有益效果是：