CN106014900A - 一种霍尔推力器的气体分配器/阳极一体化结构 - Google Patents

Abstract

一种霍尔推力器的气体分配器/阳极一体化结构，属于霍尔推力器领域，本发明为解决霍尔推力器气体分配器出气孔扩孔和阳极附近中性气体分布不均问题。本发明包括阳极和气体分配器，气体分配器为两级缓冲腔，二级缓冲腔的下端面与一级缓冲腔的上端面通过激光焊接方式同轴固定在一起；二级缓冲腔的外圆侧壁上沿周向均匀设置有多个径向出气孔；径向出气孔与霍尔推力器放电通道的径向中心位置平齐；出气孔挡板设置在二级缓冲腔的上端面的径向外延圆环面上；阳极为设置在一级缓冲腔的上端面的圆环结构，且阳极和一级缓冲腔为一体件结构；阳极的圆形侧壁中部为镂空结构，且周向镂空角度超过整个圆周的二分之一的范围；阳极的顶部设置在霍尔推力器零磁场区域内。

Description

一种霍尔推力器的气体分配器/阳极一体化结构

技术领域

本发明属于霍尔推力器领域。

背景技术

霍尔推力器(Hall Effect Thruster，简称HET)是一种利用正交电磁场电离和加速原子工质，将电能转换为离子动能，获得较高比冲的电推力器。它具有结构简单、比冲高、效率高、工作寿命长、功率密度高、在轨服役时间长等特点，适用于各类航天器的姿态控制、轨道修正、轨道转移、动力补偿、位置保持、重新定位、离轨处理、宇宙探测和星际航行等任务，是目前国际上应用最多最成熟的电推进系统。

阳极是霍尔推力器本体中重要组成部件，担负着接收电子，形成放电回路的重要功能。而气体分配器作用是对进入推力器放电通道内中性气体工质进行均匀分配，使中性气体原子充满放电通道。针对霍尔推力器的研究中，发现气体分配器出气位置、出气速度，阳极在磁场中位置等对其性能影响明显。另外，长期的实验研究发现，霍尔推力器长时间工作后，其气体分配器出气孔会在电子轰击下出现不同程度的扩孔现象，这会造成其周向中性气体原子分布不均匀，对其放电过程产生不利影响。

发明内容

本发明目的是为了解决霍尔推力器气体分配器出气孔扩孔和阳极附近中性气体分布不均问题，提供了一种改变气体分配器结构，并与阳极合成一体的方案。

本发明所述一种霍尔推力器的气体分配器/阳极一体化结构，包括阳极和气体分配器，所述气体分配器为两级缓冲腔结构，气体分配器包括一级缓冲腔和二级缓冲腔，一级缓冲腔和二级缓冲腔均为纵向轴截面为矩形的圆环腔体结构，二级缓冲腔的下端面与一级缓冲腔的上端面通过激光焊接方式同轴固定在一起，一级缓冲腔和二级缓冲腔的内径相等，一级缓冲腔的外径大于二级缓冲腔的外径；一级缓冲腔的下端面设置一个轴向进气孔，一级缓冲腔的上端面沿周向均匀设置有多个轴向出气孔，且轴向出气孔令一级缓冲腔和二级缓冲腔连通；二级缓冲腔的外圆侧壁上沿周向均匀设置有多个径向出气孔；径向出气孔与霍尔推力器放电通道的径向中心位置平齐；

出气孔挡板设置在二级缓冲腔的上端面的径向外延圆环面上；

阳极为设置在一级缓冲腔的上端面的圆环结构，且阳极和一级缓冲腔为一体件结构；阳极的圆形侧壁中部为镂空结构，且周向镂空角度超过整个圆周的二分之一的范围；阳极的顶部设置在霍尔推力器零磁场区域内。

优选的方案为：一级缓冲腔的下端面通过若干个螺纹支柱与放电通道底部固定，且轴向进气孔位于其中一个螺纹支柱内。

优选的方案为：阳极的圆形侧壁中部的镂空结构为多个长条形、圆形、菱形或三角形的孔结构。

优选的方案为：阳极和气体分配器的材料为金属钼或者无磁不锈钢。

本发明的优点：本发明增加径向出气孔上部增加挡板结构，可以有效减小电子对气体分配器出气孔的轰击侵蚀。同时，将阳极组合安装于气体分配器顶部，二者一体化可以简化安装结构，并将其顶部置于零磁场区，实验验证可以有效提高推力器电离性能。其中阳极环中部采用大面积镂空的结构，可保证中性气体原子能够通过镂空结构，在阳极环量两侧均匀分布。实验效果证明，此结构有效提高电离性能，最终提高推力器整体性能。

附图说明

图1是本发明所述一种霍尔推力器的气体分配器/阳极一体化结构的立体结构示意图；

图2是图1的纵向轴截面剖视图；

图3是图1纵向轴截后的立体结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述一种霍尔推力器的气体分配器/阳极一体化结构，包括阳极1和气体分配器，所述气体分配器为两级缓冲腔结构，气体分配器包括一级缓冲腔2和二级缓冲腔3，一级缓冲腔2和二级缓冲腔3均为纵向轴截面为矩形的圆环腔体结构，二级缓冲腔3的下端面与一级缓冲腔2的上端面通过激光焊接方式同轴固定在一起，一级缓冲腔2和二级缓冲腔3的内径相等，一级缓冲腔2的外径大于二级缓冲腔3的外径；一级缓冲腔2的下端面设置一个轴向进气孔2-1，一级缓冲腔2的上端面沿周向均匀设置有多个轴向出气孔2-2，且轴向出气孔2-2令一级缓冲腔2和二级缓冲腔3连通；二级缓冲腔3的外圆侧壁上沿周向均匀设置有多个径向出气孔3-1；径向出气孔3-1与霍尔推力器放电通道的径向中心位置平齐；

出气孔挡板3-2设置在二级缓冲腔3的上端面的径向外延圆环面上；

阳极1为设置在一级缓冲腔2的上端面的圆环结构，且阳极1和一级缓冲腔2为一体件结构；阳极1的圆形侧壁中部为镂空结构，且周向镂空角度超过整个圆周的二分之一的范围；阳极1的顶部设置在霍尔推力器零磁场区域内。

一级缓冲腔2的下端面通过若干个螺纹支柱与放电通道底部固定，且轴向进气孔2-1位于其中一个螺纹支柱内。

阳极1的圆形侧壁中部的镂空结构为多个长条形、圆形、菱形或三角形的孔结构。

阳极1为阳极环，阳极环的中部大面积是镂空的，阳极环与气体分配器二级缓冲腔3加工为一体结构。阳极具有镂空结构，保证气体从气体分配器喷出口能弥散到整个放电通道内，提高均匀度。

径向出气孔3-1位于通道中径处，当径向出气孔3-1设置在二级缓冲腔3的外圆侧壁上时，出气冲向放电通道的外环内壁面，当径向出气孔3-1设置在二级缓冲腔3的内圆侧壁上时，出气冲向放电通道的内环内壁面，在径向出气孔3-1上方设置出气孔挡板3-2，其目的是为了避免电子轰击小孔产生扩孔效应，导致出气不均。

本发明在安装使用中，阳极环顶部所在位置与磁场位形中零磁场位置相互配合调整，保证阳极环顶部在零磁场区域中，这样做目的在于提高推力器的电离性能。本结构整体通过在气体分配器底部焊接螺纹支柱，固定于放电通道底部，即安装时气体分配器底部平面与放电通道底部平面重合。

本实施方案以2.5kW氪气工质霍尔推力器的气体分配器及阳极一体结构为例，其等轴测视图如图1所示，阳极环位于气体分配器顶部中间位置，内径为83，外径为87，厚度2mm，高度12.5mm，镂空位置高度为3mm～7.5mm，周向对称镂空四个位置，单个孔洞镂空角度为60°，整体周向镂空三分之二。气体分配器内外环面距离陶瓷放电通道内、外环内壁面1mm。二级缓冲腔3对外出气孔沿径向，对放电通道外环内壁面出气，二级缓冲腔3内径与一级缓冲腔2一致，径向出气孔3-1保持在放电通道中心附近，二级缓冲腔3的高度5mm。图2中出气孔挡板3-2沿二级缓冲腔3的上端面向外延伸2mm。

Claims (4)

1.一种霍尔推力器的气体分配器/阳极一体化结构，其特征在于，包括阳极(1)和气体分配器，所述气体分配器为两级缓冲腔结构，气体分配器包括一级缓冲腔(2)和二级缓冲腔(3)，一级缓冲腔(2)和二级缓冲腔(3)均为纵向轴截面为矩形的圆环腔体结构，二级缓冲腔(3)的下端面与一级缓冲腔(2)的上端面通过激光焊接方式同轴固定在一起，一级缓冲腔(2)和二级缓冲腔(3)的内径相等，一级缓冲腔(2)的外径大于二级缓冲腔(3)的外径；一级缓冲腔(2)的下端面设置一个轴向进气孔(2-1)，一级缓冲腔(2)的上端面沿周向均匀设置有多个轴向出气孔(2-2)，且轴向出气孔(2-2)令一级缓冲腔(2)和二级缓冲腔(3)连通；二级缓冲腔(3)的外圆侧壁上沿周向均匀设置有多个径向出气孔(3-1)；径向出气孔(3-1)与霍尔推力器放电通道的径向中心位置平齐；

出气孔挡板(3-2)设置在二级缓冲腔(3)的上端面的径向外延圆环面上；

阳极(1)为设置在一级缓冲腔(2)的上端面的圆环结构，且阳极(1)和一级缓冲腔(2)为一体件结构；阳极(1)的圆形侧壁中部为镂空结构，且周向镂空角度超过整个圆周的二分之一的范围；阳极(1)的顶部设置在霍尔推力器零磁场区域内。

2.根据权利要求1所述一种霍尔推力器的气体分配器/阳极一体化结构，其特征在于，一级缓冲腔(2)的下端面通过若干个螺纹支柱与放电通道底部固定，且轴向进气孔(2-1)位于其中一个螺纹支柱内。

3.根据权利要求1所述一种霍尔推力器的气体分配器/阳极一体化结构，其特征在于，阳极(1)的圆形侧壁中部的镂空结构为多个长条形、圆形、菱形或三角形的孔结构。

4.根据权利要求1所述一种霍尔推力器的气体分配器/阳极一体化结构，其特征在于，阳极(1)和气体分配器的材料为金属钼或者无磁不锈钢。