[发明专利]一种可在三自由度运动的阴极支架

说明书

技术领域

本发明涉及一种等离子体推力器的阴极支架，具体涉及一种可在三自由度运动的阴极 支架。

背景技术

阴极是激活霍尔效应等离子体推力器，使其点火并维持其正常工作的一种重要的设备。 现在经常使用的阴极类型包括空心阴极，空心阴极的工作原理是通过电流的热效应加热阴 极内部的发射体材料，使发射体材料释放自由电子，自由电子通过电离通过空心阴极的气 体工质产生更多的电子，这些电子在点火电压或触持极电压产生的空间电场下被发射出阴 极，进入推力器的磁场中，在阳极电压产生的电势差下沿着磁感线进入推力器通道内部， 参与气体工质的电离和加速过程。

阴极在推力器中不同的位置和角度会使从阴极射出的电子进入不同的磁感线，会影响 进入推力器中的电子的密度和分布，进而影响气体工质的电离率和加速效果，所以影响了 推力器的推力、效率等宏观性能参数。但阴极所在的位置和电子发射角度的变化对发动机 性能参数的影响是一个复杂的物理过程，因此需要借助实验测量来具体分析阴极位置对推 力器整体性能的影响。由于阴极和推力器需要在接近真空的环境中使用，而且每次开启和 关闭真空系统需要消耗较长时间和较多能源，而且在关闭并重新开启真空系统的过程中可 能造成其他实验条件的改变，因此需要尽量在开启一次真空系统的状态下能够调节阴极的 位置和角度，方便快捷并稳定地改变实验的变量。

由于推力器是轴心对称的结构，而且阴极在正常工作时其电子发射的方向也与中轴线 在同一平面内，因此在设计阴极支架时需要满足能够改变阴极在径向R、轴向Z的位置和 阴极与中轴线的夹角等三个自由度。阴极需要加热发射体才能正常工作，在正常工作时温 度很高，可达约1800K，因此在设计时需要注意将电机等受热易损坏的部件远离阴极和推 力器工作的羽流区域。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有阴极支架，在不关闭并重新开启真空系统的条件下，不 便改变阴极位置和角度的问题。进而提供一种可在三自由度运动的阴极支架。

本发明的技术方案是：一种可在三自由度运动的阴极支架，包括第一转速直流减速电 机、第二转速直流减速电机、联轴器、传动丝杆、横向定位板、纵向定位板、多个定位丝 杆、多个光滑管、多个定位垫片、带槽螺母固定板、平板螺母固定板、伞齿轮配合机构、 锥齿轮定位板、直尺、量角器、指针条、锥齿轮短螺杆、阴极基板、绝缘陶瓷板、阴极孔 板和多个陶瓷垫片，横向定位板包括相互平行设置的第一横向定位板、第二横向定位板、 第三横向定位板和第四横向定位板，纵向固定板包括相互平行设置的第一纵向固定板、第 二纵向固定板、第三纵向固定板和第四纵向固定板；

光滑管内部设有定位丝杆，多根光滑管和传动丝杆分别穿过横向定位板和纵向定位板 上的通孔，第二横向定位板和第三横向定位板的两端分别与第二纵向定位板和第三纵向定 位板固定连接，带槽螺母固定板设有供传动丝杆通过的通孔，带槽螺母固定板通过平板螺 母固定板分别与横向定位板和纵向定位板固定连接，第一转速直流减速电机和第二转速直 流减速电机分别通过联轴器与传动丝杆固定连接；

两锥齿轮定位板分别固定连接在第四横向定位板的两端，伞齿轮配合机构设于两锥齿 轮定位板中间且其一端与传动丝杆通过螺栓配合，另一端与第四横向定位板接触配合；锥 齿轮短螺杆的一端穿过锥齿轮定位板且其通过两螺母夹紧量角器，锥齿轮短螺杆的另一端 穿过锥齿轮定位板以拧紧阴极基板，阴极基板与锥齿轮短螺杆通过螺栓与陶瓷垫片连接， 指针条两端的螺栓使其与锥齿轮短螺杆的位置相对固定，绝缘陶瓷板与阴极基板和阴极孔 板固定配合；第二横向定位板、第三横向定位板、第二纵向固定板和第三纵向固定板的侧 面均设有与直尺固定连接的螺纹孔。

本发明的有益效果是：通过在真空罐外调节不同电机的控制开关，能够实现在不关闭 并重新打开真空系统的情况下调节阴极的径向和轴向位置以及阴极的角度，能够方便快速 的研究阴极的不同位置和角度对推力器性能参数的影响，通过锥齿轮的进一步减速设计， 能够更精确的控制阴极的角度，可以更细致研究阴极的角度变化对推力器性能参数的影响， 同时能够将电机系统远离高热的阴极，达到保护电机正常工作的目的，对阴极和阴极支架 之间进行绝缘设计，能够避免在高电压的情况下推力器和阴极支架之间发生击穿的情况， 保证了阴极的正常工作。

附图说明

图1是本发明可在三自由度运动的阴极支架的剖视俯图。