[发明专利]大气环境下的栅极组件热形变位移测量装置、系统及方法

说明书

本发明属于航天器推进技术领域，具体公开了一种大气环境下的栅极组件热形变位移测量装置、系统及方法，装置包括横向设置的梭形工装，以及位于梭形工装内的栅极组件、氧化锆引针、前置热源和后置热源；其中：前置热源位于梭形工装的前端；后置热源位于梭形工装的后端；栅极组件竖直安装于梭形工装的最大纵截面上，且栅极组件的外周吊装于梭形工装的内壁上；氧化锆引针安装在栅极组件的中心位置；梭形工装距离栅极组件最近的外壁位置开设有观测窗。本发明的大气环境下的栅极组件热形变位移测量装置、系统及方法，相比原有大气环境下开放空间的电阻丝盘绕栅面加热方式，能够最大程度的降低热量损耗，提升模拟测量精度。

技术领域

本发明涉及航天器推进技术领域，尤其涉及一种大气环境下的栅极组件热形变位移测量装置、系统及方法。

背景技术

栅极组件是离子推力器的核心部件，在离子推力器的工作过程中，栅极组件会随热传导、热辐射以及粒子能量沉积效应影响，其温度会逐渐提高，并且由于温度升高造成的栅极热形变位移，会直接造成推力器栅极间的打火短路现象以及束流的聚焦性能变化，对于离子推力器和PPU的寿命及可靠性均会造成严重影响。甚至可以认为，栅极组件的热结构稳定性直接决定了离子推力器的工作性能和寿命。

目前的栅极组件在热态下的结构变化测量方法一种是在真空设备内进行，采用相机拍摄固定于栅极表面的引针位置变化来得到栅极的热变形。但真空设备内部进行的单次测试需进行设备抽气，推力器安装、点火以及试验结束后的设备破空，均会耗费大量成本。针对栅极处于结构设计改进阶段时的多次、短时的测量需求，如此频繁且繁琐的试验准备，无疑是巨大的人力、物力耗费，并且在真空等离子体环境内，光学测量仪器容易发生故障损坏，导致试验终止。

国内目前存在的另外一种在开放空间且大气环境下采用电阻加热方式进行温度测量的方式，会出现边缘温度高中间温度低的分布，且温度分布极为不均，与真实情况不符合，并且由于属于开放空间，大量热量以辐射方式向空间耗散，使得栅极实际接受热量无法模拟真空仓内的点火过程热量累积。

综上所述，需开发一种简单的，能够在大气环境下较为精确测量，真空环境内推力器工作时的栅极热形变位移的方案。

发明内容

为解决目前在真空设备内部进行的栅极热形变位移测试带来的频繁且繁琐的试验准备和巨大的人力、物力耗费，以及解决目前在开放空间且大气环境下采用电阻加热方式进行的栅极热形变位移测试带来的无法精确模拟，测量误差极大的问题，本发明的解决方案是提供一种大气环境下的栅极组件热形变位移测量装置、系统及方法。

一种大气环境下的栅极组件热形变位移测量装置，包括横向设置的梭形工装，以及位于梭形工装内的栅极组件、氧化锆引针、前置热源和后置热源；其中：

前置热源位于梭形工装的前端；后置热源位于梭形工装的后端；

栅极组件竖直安装于梭形工装的最大纵截面上，且栅极组件的外周吊装于梭形工装的内壁上；栅极组件包括屏栅、加速栅、屏栅传感器以及加速栅传感器；屏栅和加速栅平行设置；屏栅传感器贴装于屏栅上；加速栅传感器贴装于加速栅上；

氧化锆引针安装在栅极组件的中心位置，且氧化锆引针的底座与加速栅固定连接，针头从加速栅及屏栅的小孔中伸出；

梭形工装距离栅极组件最近的外壁位置开设有观测窗。

进一步的，梭形工装包括底面相同的前置圆锥筒和后置圆锥筒，前置圆锥筒和后置圆锥筒的底面边缘可拆卸连接；前置圆锥筒和后置圆锥筒的内壁上涂覆CCAL镀膜。

进一步的，前置圆锥筒的圆锥角度为60°，后置圆锥筒的圆锥角度为45°。

进一步的，前置圆锥筒和后置圆锥筒的长度比为4∶6。

进一步的，还包括支撑梭形工装的第一支撑架和第二支撑架，以及覆盖在梭形工装外表面的若干层隔热纱网；