[发明专利]利用磁笼约束羽流的霍尔推力器及磁笼结构调节方法

说明书

利用磁笼约束羽流的霍尔推力器及磁笼结构调节方法，涉及航天电推进技术领域，本发明的目的是为了解决阴极中置的后加载磁场霍尔推力器羽流发散影响工作性能的问题。在外磁源外侧增设附加线圈励磁，使内磁源内部与外磁源内部的磁通量方向相反，附加线圈与外磁源在外磁源外侧励磁形成的磁通量方向相反，通过调节附加线圈的附加励磁安匝数，使得与附加线圈结构连接处的外磁源发出的磁力线切线与霍尔推力器轴向夹角不小于90°，在该角度下霍尔推力器羽流形态收束。它用于使霍尔推力器羽流形态收束。

技术领域

本发明涉及航天电推进技术领域，具体为一种用于阴极中置的后加载磁场霍尔推力器羽流约束的近场磁笼结构及实现方法。

背景技术

霍尔推力器是一种利用电场和磁场共同作用将电能转换为工质动能的一种航天电推进装置，具有结构简单、可靠性高、比冲高、效率高等优势，适用于航天器的姿态控制、轨道转移、位置保持等各类任务，是降低航天器总质量、提高平台有效载荷率的最有效手段之一。

后加载磁场霍尔推力器采用将正梯度磁场区向通道下游移动的方式，实现了主要加速区位于通道外，高能离子对放电通道的轰击溅射作用减弱，进而放电通道侵蚀速率显著降低且能量沉积减少，起到了极大延长推力器的工作寿命、扩展工作参数范围的作用。然而，磁场的后加载使得离子的加速过程失去了放电通道的约束，进而导致羽流发散程度增加，效率降低。

此外，采用阴极中置方案的霍尔推力器消除了羽流的不对称性，具有结构紧凑、羽流发散角小的优势。因此，阴极中置的后加载磁场霍尔推力器将具有广阔的应用前景。霍尔推力器普遍采用一个内磁源、多个外磁源的方式形成磁场，由外磁极发出的磁力线分成两股，一股由底板接收，一股由内磁极接收。磁场的后加载使得离子的加速过程主要在内外磁极间磁力线形成的磁笼内完成，因此磁笼内的电场分布是决定羽流形态的最重要因素，其中径向电场是造成羽流发散的最直接原因。径向电场强度主要取决于阴极发射的电子与羽流等离子体的耦合；对于阴极中置的霍尔推力器来说，电子从阴极发射之后在耦合之前首先沿着磁力线分布在磁笼边界上，所以磁笼的结构形状对耦合过程具有重要影响，进而是约束阴极中置的后加载磁场霍尔推力器羽流发散的重要手段。

发明内容

本发明的目的是为了解决阴极中置的后加载磁场霍尔推力器羽流发散影响工作性能的问题，提出了利用磁笼约束羽流的霍尔推力器及磁笼结构调节方法。

利用磁笼约束羽流的霍尔推力器，所述霍尔推力器包括内磁极1、内磁屏2、外磁屏3、外磁极4、底板5、放电通道6、阳极7、阴极8、内磁源11、外磁源12和附加线圈结构，

阴极8、内磁源11、内磁屏2、外磁屏3、阳极7和外磁源12均为圆筒形，放电通道6为圆筒形，且沿放电通道6筒壁厚度方向开设环槽，阴极8、内磁源11、内磁屏2、放电通道6、外磁屏3和外磁源12从内至外依次嵌套，阳极7设置在放电通道6的环槽内，阴极8、内磁源11、内磁屏2、放电通道6、外磁屏3和外磁源12之间均设有间隔；

内磁源11、内磁屏2、放电通道6、外磁屏3和外磁源12的同一端设置在底板5上，外磁极4设置在外磁源12的另一端，内磁极1设置在内磁源11的另一端，

外磁源12的另一端与和内磁源11的另一端齐平，附加线圈结构为圆环形，附加线圈结构设置在外磁极4与外磁源12连接处的外环壁上，

附加线圈结构与外磁源12在外磁源外侧励磁形成的磁通量方向相反；外磁源12与内磁源11励磁形成的磁通量方向相反；

通过调节附加线圈结构的励磁安匝数，使得与附加线圈结构连接处的外磁源12发出的磁力线切线与霍尔推力器轴向夹角不小于90°。

优选地，附加线圈结构包括附加线圈支架9和附加线圈10，

所述附加线圈支架9为环形腔，附加线圈10为环形结构，附加线圈10设置在所述环形腔内，附加线圈支架9设置在外磁极4与外磁源12连接处的外环壁上。