[发明专利]一种可提高运行稳定性的电弧加热发动机

说明书

技术领域

本发明涉及航空技术领域，特别涉及一种可提高发动机运行稳定性的电弧加热发动机。

背景技术

随着以空间资源探测及利用为目标的航天活动日益增加，商业通讯、科学探索、国防任务等方面的发展，对用于卫星姿态和轨道调整的推进系统提出了更高的要求。传统的化学推进受推进剂燃烧温度的限制，比冲已经接近于极限，并且用于卫星定位的控制精度较低。电推进系统可产生比化学推进高得多的比冲，因而在完成同样航天任务的前提下，能减少卫星所需携带的推进剂重量，增加卫星的有效载荷或延长在轨寿命，并提高对卫星的定位和姿态控制精度。世界众多国家为发展高性能的空间电推进系统，投入了大量的人力和物力，使之成为当前国际范围的一个研究热点。

空间电推进技术大致可以分为：1)电热型，包括电阻加热射流方式和电弧加热等离子体射流方式；2)静电加速型，如离子发动机；3)等离子体推进型，包括霍尔发动机、脉冲等离子体发动机、磁等离子体动力学发动机和可变比冲磁等离子体发动机。电弧加热发动机通常由阴极、兼做喷管的阳极、以及固定阴极阳极的卡件、绝缘件等组成，其基本工作原理是：供给发动机的气态推进剂经过阴极和兼做喷管的阳极间放电所产生的直流电弧加热，形成最高温度超过万度的高温部分电离气体，进而在喷管的扩张段膨胀、降温、加速，以超声速射流的形式从喷管喷出，产生较高的推力和比冲。电弧加热推力器系统重量轻，推力/功率比值高，与现有卫星推进系统兼容性好，羽流污染小，在技术难度、系统复杂性、可靠性等方面都具有优势。因此，虽然电弧加热推力器的比冲较霍尔和离子发动机的低，但自1993年在国际上首次安装在商业通讯卫星Telstar IV上以来发展很快，在多种电推进发动机中有其独特的地位。功率为千瓦量级的电弧加热发动机在国外已成为应用于卫星姿态及轨道控制的成熟技术。

我国电弧加热发动机运行实验中遇到诸如发动机电极严重烧蚀、热态条件下密封性差、发动机性能不稳定、可靠性差、持续稳定工作时间不长、效率不高等问题，而推进系统的寿命在一定程度上决定着航天器的寿命，迄今为止，我国的电弧加热发动机还没有成功应用在自己的卫星上。必须深入研究其独特的工作过程，系统掌握其运行机理和规律，方能解决这些问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种电弧加热发动机，克服上述已有技术的缺陷，提高发动机运行稳定性。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种电弧加热发动机，包括依次相连的阴极、密封件、绝缘件、金属套、阳极喷管；

所述阴极、密封件及绝缘件依次套接固定，所述金属套一端与所述绝缘件套接，另一端与所述阳极喷管卡接；

还包括与所述阳极喷管相适应的水冷套，所述水冷套加装在所述阳极喷管外壁面；所述水冷套内设置有可供冷却水通过的通路。

优选的，所述阳极喷管外壁面与所述水冷套之间设置有间隙。

优选的，所述阳极喷管外壁面与所述水冷套之间的间隙根据阳极喷管材料的膨胀系数及阳极喷管温度设置。

本发明提供的电弧加热发动机通过在电弧加热发动机阳极喷管外壁面附近加装水冷套，避免阳极喷管温度过高，从而减少阳极喷管内壁面烧蚀，提高电弧加热发动机的运行稳定性。

附图说明

图1为本发明一个实施例中的电弧加热发动机的剖面示意图；

图2为本发明一个实施例中电弧加热发动机工作系统示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的主要思想是通过在电弧加热发动机的阳极喷管外壁面加装水冷套，阳极喷管外壁面和水冷套间的间距，依据阳极喷管材料的膨胀系数及预控制的阳极喷管温度而定，确保电弧加热发动机运行过程中，阳极喷管温度升到预定值时，因阳极喷管受热膨胀接触到水冷套，进而通过水冷套的冷却降温作用降低阳极喷管温度，从而减少阳极内壁面烧蚀，提高电弧加热发动机的运行稳定性。