[发明专利]一种电喷雾推力器组件结构及其制备方法

说明书

本申请公开了一种电喷雾推力器组件结构及其制备方法，所述电喷雾推力器组件结构包括框架模块、发射体模块、栅极模块，框架模块包括一体式设置的框架主体、发射体模块安装结构、栅极安装结构、推进剂贮箱连接结构；所述发射体模块安装设置在框架模块的发射体模块安装结构中，其一端与推进剂贮箱相连通，相对的另一端设置有发射体加工凸台，发射体加工凸台上阵列分布的设置有若干轴对称的锥形发射体；栅极模块，包括中部区域、一体式的设置在中部区域外围的栅极框架，中部区域设置有若干栅极孔，栅极框架通过连接螺钉或粘结剂连接设置在栅极安装结构的安装接口上。本申请提供的电喷雾推力器组件结构装配精度高、寿命长以及加工成本低。

技术领域

本申请涉及电喷雾推力器领域，特别地，涉及一种电喷雾推力器组件结构及其制备方法。

背景技术

电喷雾推力器是一种以导电液体作为推进剂工质，利用静电场在推进剂中提取或产生带电液滴/离子并对其进行加速的静电式电推力器，栅极与发射体间施加强静电场，发射体上的液态推进剂工质在静电力、推进剂压力和表面张力共同作用下，在发射体顶端弯曲并形成泰勒锥。随后，泰勒锥尖端的推进剂在静电力的作用下将形成带电液滴或离子，并在同一静电场的作用下加速从栅极孔喷出，从而获得推力。

发射体在结构形式上，目前主要有毛细管式发射体、外部浸润式发射体和多孔材料式发射体。毛细管式发射体可以提供较大推进剂供给流量，推力器一般工作在锥射流模式或混合模式下，发射的电流较大，能够产生较大的推力，但是束流中的带电粒子荷质比存在较大分散性，推进效率低，同时毛细管易于发生堵塞；外部浸润式发射体一般工作在纯离子模式下，因此推进效率高。但是由于发射体与推进剂接触面积较小，推进剂供给能力有限，导致离子发射电流小，单发射体的最大离子电流不超过1mA，难以获得较高推力密度，并且难以保持连续均匀的发射；多孔材料发射体内部具有较多的毛细通道，可以避免毛细管式发射体中的堵塞问题，同时相对于外部浸润式发射体可以提供较大的推进剂流量，单发射体离子电流处在几百nA-10mA较宽范围内。鉴于多孔材料发射体在性能方面表现出的明显优势，目前电喷雾推力器多采用多孔材料制作发射体。然而，单个发射体产生的推力无法满足实际空间任务要求，需要采用发射体阵列的方式增加离子发射总电流进而增加推力。

目前发射体阵列规模可以达到每平方厘米数百个，在增加推力的前提下同时提高推力器的工作寿命是目前亟需解决的关键技术问题。据目前公开文献报道的性能测试数据显示，推力器工作寿命仅约为300h，远未达到期望的寿命时长。高速粒子对栅极的侵蚀、沉积以及发射体与栅极的短路是导致推力器性能损失和失效的主要机制。阵列式发射体与栅极的加工及装配是推力器性能与寿命提升的关键，发射体构型及尺寸、栅极孔径、发射体与栅极距离以及栅极孔孔与发射体轴心的对中性是影响推力器推力、比冲、效率以及寿命的关键因素。栅极与发射体距离主要影响推力器的启动电压和电压-推力特性，距离过大将导致推力器的工作启动电压过高，增加电路复杂程度并容易引起其它部件的尖端放电。距离过小容易造成发射体尖端液滴与栅极接触而短路，致使推力器失效，典型的距离一般约为300微米；为了维持一定的流阻并提高发射体尖端的电场强度，发射体设计成锥形结构，高度约为200微米、尖端球冠直径为20-30微米、底部直径为约为150微米；栅极孔径大小主要影响栅极与发射体间的电场分布以及粒子束流，发射体尖端引出的粒子束流的发散半角约25°，栅极孔径应使主束流无障碍通过，避免对束流阻挡而影响推力器的性能，同时防止束流粒子对栅极的侵蚀以及在栅极表面的沉积。栅极孔径过大，将降低发射体尖端的电场强度而导致工作电压升高。为了满足以上要求，栅极的孔径一般约为300微米，栅极厚度一般不超过0.1mm。栅极孔中心与发射体轴心还要保证极高的对中性，一般理想的偏差不大于10微米，偏差过大将导致束流被栅极拦截，高能粒子冲击将导致栅极过早的损坏，同时还可能造成粒子在栅极表面的沉积，引起发射体与栅极短路问题。因此需要综合考虑材料的加工性和加工方法的适应性问题，加工出具有较高一致性的高定位精度的发射体阵列和栅极孔阵列，以确保装配的精度。

现有技术方案1