[发明专利]一种多级会切磁场等离子体推力器的耐高温阳极结构

说明书

一种多级会切磁场等离子体推力器的耐高温阳极结构，包括依次连接的石墨接收极(2)、阳极夹层(3)、阳极底(4)；其中阳极底(4)上设有用于工质气体进入的输入管路，阳极夹层(3)上设有轴向喷射孔，石墨接收极(2)前端面上设有定向喷射孔。定向喷射孔的轴线方向与Csubgt;1/subgt;‑Csubgt;2/subgt;的连线方向一致，Csubgt;1/subgt;和Csubgt;2/subgt;是多级会切磁场等离子体推力器的多级永磁体(40)最靠近放电通道(10)入口侧的两个磁尖所形成的电子高密度区的中心。本发明阳极结构利用石墨板收集电子，抗烧蚀性能好，可以耐受极高的工作温度；同时利用位于石墨板特定位置上周向均匀分布的特定方向小孔喷射原子，有效减小了原子在通道中心轴线附近和通道壁面附近的电离泄漏损失，提高了原子的电离效率。

技术领域

本发明涉及一种多级会切磁场等离子体推力器的耐高温阳极结构，属于等离子体推力器技术领域。

背景技术

多级会切磁场等离子体推力器是目前国际上典型的一种电推进装置，是一种不同于传统的霍尔推力器和离子推力器的电推力器。图1是多级会切磁场等离子体推力器的轴向剖面示意图。推进剂氙气从位于放电通道10上游的阳极20入口管道进入放电通道内；电子从放电通道10下游出口外侧附近的阴极30喷出。阴极30喷出的一部分电子从放电通道10出口在多级永磁体40产生的磁场的引导作用下传导到放电通道10内部，电子和推进剂原子发生碰撞电离产生离子，离子被轴向电场加速喷出产生推力，电子通过各种传导机制到达阳极20。阴极30喷出的另一部分电子进入羽流区和高速喷出的离子中和，保持羽流的电中性。多级会切磁场等离子体推力器的主要组成部分包括放电通道10、阳极20、阴极30、多级永磁体40，其中多级永磁体40一般由1级永磁体、2级永磁体、3级永磁体、4级永磁体等组成。

阳极20的作用是为多级会切磁场等离子体推力器提供供电和供气，从而在阳极20和阴极30之间产生气体放电，生成等离子体并利用阳极20提供的高电压对等离子体产生加速效应，从而产生推力。在阳极20和阴极30之间发生气体放电时，离子带正电，被高电压的阳极20向放电通道10出口低电位区域加速喷出，电子带负电，被高电压的阳极20吸引，沉积在阳极20表面上，电子的动能转化为热能，阳极20会被加热到很高的温度。

除此之外，多级会切磁场推力器放电通道10内的磁场为多级会切磁场构型，磁场分布见图1中所示，放电通道10中心轴线的磁力线近似与轴线平行并且磁场很弱，从阴极30发射的电子比较难横越放电通道10出口附近磁力线抵达放电通道10中心，这导致放电通道10中心轴线上的电子密度较低，一旦某些高能电子由于某种传导机制达到通道轴线区域，这部分电子几乎受不到磁场约束的作用，很容易到达阳极20，对阳极20进行功率沉降，阳极20一般采用不锈钢材料，容易过热熔化。

放电通道10壁面处的磁力线与通道壁面平行，在相邻级的永磁体之间产生的磁分界面会产生很强的磁镜效应，低能电子难以到达壁面附近，只有一小部分高能电子能克服磁镜进入壁面附近，这导致放电通道10内部放电通道壁面附近的电子密度较低。多级会切磁场等离子体推力器的推进剂电离率直接制约着推力器的效率，电离率主要取决于电子密度和电子温度等参数，只有当电子密度和电子温度足够大时，推进剂原子才能有效地碰撞电离。因此多级会切磁场推力器的放电通道10轴线和通道壁面附近由于电子密度低，阳极20供入的中性气体原子在此区域难以被低密度的电子有效电离，容易导致原子来不及电离而流出放电通道，造成推进剂的电离泄漏损失。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术存在的阳极易过热熔化、放电通道壁面附近和中心轴线附近均存在较大的原子电离泄漏损失等不足，提出了一种会切磁场等离子体推力器的耐高温阳极结构，可以有效解决阳极的耐热问题，有效拓展推力器的功率运行上限，同时新提出的阳极推进剂(氙)原子的供应结构，对氙原子的射流区域和方向进行了有效控制，消除了通道壁面和通道轴线附近由于电子密度低导致的原子未电离直接从通道流出的电离泄漏问题，提高了原子的电离效率。

本发明的技术解决方案是：