[发明专利]一种具有通道磁场引导结构的多级会切磁场等离子体推力器

说明书

技术领域

本发明涉及一种电推力器，具体涉及一种具有通道磁场引导结构的多级会切磁场等离子体推力器。

背景技术

多级会切磁场等离子体推力器是以霍尔推力器为基础发展的一种新型电推力器。该推力器由多级反向的环形永磁铁组合形成会切磁场，在中央的放电通道区域的外围是陶瓷套筒。电子由通道出口的空心阴极发射出，在电场的作用下在向通道上游的阳极运动，由于会切磁场尖端的磁镜效应，电子被有效的屏蔽，不会碰撞陶瓷壁面，电子被通道中的磁场约束，在两个磁尖端之间高速往复运动。在此过程中电子会通过碰撞产生传导向阳极运动，并进入上一级，那里有更高的电压和氙原子密度。电子可以电离从通道上游供气管喷入的氙原子，被电离的氙离子在电场作用下加速喷出推力器，产生推力。空心阴极发射的电子也用于中和加速过的氙离子。

这种多级反向永磁铁组合设计使原子电离区和加速区分离，提高了电离率和发动机效率。多级会切磁场等离子体推力器所采用的会切磁场位型能够约束等离子体，避免等离子体对壁面的溅射侵蚀，保证了推力器具有很长的寿命。

磁场位形的不同能够改变通道内电子的运动和分布，这是影响多级会切磁场等离子体推进器的电离率，等离子体加速方向，羽流发散角方面的重要因素，因此磁场位形是影响多级会切磁场等离子体推力器的电离率、推力、比冲、羽流发散角等性能参数的关键因素。同时由于通道内电子，氙原子和等离子体之间在放电通道中电场和磁场的作用下进行的变化和运动等物理过程十分复杂，在国际上尚未得到通道截面变化和磁场位形对发动机性能参数影响的定量关系，因此，需要针对不同的通道截面变化和磁场位形进行大量实验分析其影响规律。在研究通道截面变化和磁场位形对发动机工作状态的影响过程中，发动机的放电通道结构需要根据数值模拟计算结果的要求做到方便可调，同时尽量减化结构和减轻重量，并做好永磁铁区的隔热措施。

发明内容

本发明是为解决现有推力器的磁场位形和磁镜尖端位置不能根据放电通道截面的变化做到方便可调，磁镜尖端处的磁分界面角度不易调节，以及进行变截面实验的钐钴永磁铁材料加工周期长、价格昂贵的问题，进而提供一种具有通道磁场引导结构的多级会切磁场等离子体推力器。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明的一种具有通道磁场引导结构的多级会切磁场等离子体推力器包括陶瓷套筒、发动机外壳和四块永磁铁，永磁铁为圆环形永磁铁，四块永磁铁由上至下依次设置，四块永磁铁的中部布置有陶瓷套筒，陶瓷套筒的大直径端口朝上，四块永磁铁通过发动机壳体卡装在一起；

它还包括五个导磁环和五个不导磁的配合环；五个导磁环分别是第一导磁环、第二导磁环、第三导磁环、第四导磁环和第五导磁环，第一导磁环和第五导磁环均为圆环形结构，第二导磁环、第三导磁环和第四导磁环结构相同，第二导磁环、第三导磁环和第四导磁环均由圆环体和锥形体一体制成，锥形体的大直径端安装在圆环体的内环面上；

五个不导磁的配合环的内环面分别与五个导磁环的外环面配合设置在一起构成引导结构；

最上端的永磁铁与发动机壳体之间夹装有第一导磁环和不导磁的配合环，最下端的永磁铁与发动机壳体之间夹装有第五导磁环和不导磁的配合环；由上至下相邻两个永磁铁之间顺次夹装有第二导磁环和不导磁的配合环、第三导磁环和不导磁的配合环及第四导磁环和不导磁的配合环；

第一导磁环、第二导磁环、第三导磁环、第四导磁环和第五导磁环的圆环体的外环面各自与相对应的不导磁的配合环的内环面配合设置并对接为一体，第二导磁环的锥形体的开口、第三导磁环的锥形体的开口、第四导磁环的锥形体的开口依次套装在陶瓷套筒的大直径端、陶瓷套筒的中部及陶瓷套筒的小直径端，且第二导磁环和第三导磁环的锥形体的母线斜向上设置，第四导磁铁的锥形体的母线斜向下设置，第一导磁环的内环面套装在第二导磁环的锥形体上，第五导磁环的内环面套装在第四导磁环的锥形体上。