[发明专利]电弧加热等离子体喷枪

说明书

技术领域

本发明属于热等离子体发生技术领域，特别是一种电弧加热等离子体喷枪。

背景技术

等离子体作为物质的第四态，其中包含大量的电子、离子以及中性粒子，这些粒子处于一种局部热平衡状态，其具有高能量密度、高亮度、高电导率、高热导率等特性，这些性质决定等离子体在航空航天领域有很大的应用空间。

电弧加热等离子体推进装置利用阴极和阳极之间直流放电形成的高温电弧加热推进剂，推进剂进入约束通道后被电弧加热到1.0×10⁴K以上的极高温度后发生电离，然后流经兼做阳极的喷管扩张段，膨胀后高速喷出产生反作用推力。电弧加热等离子推进装置是一种典型的电热式推进装置，与传统的化学推进器相比，具有比冲高、推力密度大、结构简单、控制精度高等特点，是一种极具竞争力的推进装置。

但是目前，电弧加热等离子推进装置还停留在实验阶段，传统的等离子体发生器实验装置阴、阳电极采用独立的冷却系统，结构复杂，且冷却效率低，因此，电极易烧蚀，电极更换复杂且成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用了电极水冷一体化的结构设计，结构简单，冷却效率高，电极不易烧蚀，电极更换简单且成本低的电弧加热等离子体喷枪。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种电弧加热等离子体喷枪，包括阳极座、可换阳极喷嘴、阴极头、导电枪芯、枪体和绝缘套筒，绝缘套筒套装在导电枪芯上，阴极头与导电枪芯固连形成阴极体，枪体为树脂材料浇筑在绝缘套筒和导电枪芯外围而形成，阳极座与枪体固连，可换阳极喷嘴固定在阳极座内壁构成阳极体，导电枪芯上开有与枪体上的枪体气流通道相通的导电枪芯进气口，导电枪芯进气口与绝缘套筒和导电枪芯之间的空腔相通，在空腔中设有螺旋气流通道，螺旋气流通道与阳极喷嘴内腔相通；阴极头水冷空腔通过导电枪芯、枪体和阳极座上的水冷通道与阳极座水冷空腔连通，阴极头水冷空腔内设有导水芯，导水芯内腔通过导电枪芯和枪体上的水冷通道与外部连通，阳极水冷空腔通过阳极座和枪体上的水冷通道与外部连通。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

(1)本发明将电弧加热等离子体喷枪水冷系统进行简化。水冷循环系统在阴、阳电极和枪体之间形成，增大了阳极水冷接触面积，提高了冷却效率。

(2)本发明通过导水芯的设置，使得冷却水先与阴极头接触，再循环至阳极座水冷空腔，使得阴极头的冷却效率大大提高，大大降低了阴极头烧蚀的可能。

(3)本发明将阴极与阳极分别拆分为阴极头和导电枪芯与可换阳极喷嘴和阳极座，降低阴、阳电极烧蚀更换成本。

(4)本发明在阳极座水冷空腔的内壁面上设置有水冷加强筋，增加水冷接触面积，提高喷枪的冷却效率。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是本发明电弧加热等离子体喷枪的结构示意图。

具体实施方式

结合图1：

本发明一种电弧加热等离子体喷枪，包括阳极座1、可换阳极喷嘴2、阴极头3、导电枪芯5、枪体6和绝缘套筒7，绝缘套筒7套装在导电枪芯5上，阴极头3与导电枪芯5固连形成阴极体，枪体6为树脂材料浇筑在绝缘套筒7和导电枪芯5外围而形成，阳极座1与枪体6固连，可换阳极喷嘴2固定在阳极座1内壁构成阳极体，导电枪芯5上开有与枪体6上的枪体气流通道6-2相通的导电枪芯进气口5-3，导电枪芯进气口5-3与绝缘套筒7和导电枪芯5之间的空腔5-2相通，在空腔5-2中设有螺旋气流通道5-6，螺旋气流通道5-6与阳极喷嘴内腔2-1相通；阴极头水冷空腔3-1通过导电枪芯5、枪体6和阳极座1上的水冷通道与阳极座水冷空腔1-4连通，阴极头水冷空腔3-1内设有导水芯4，导水芯内腔4-1通过导电枪芯5和枪体6上的水冷通道与外部连通，阳极水冷空腔1-4通过阳极座1和枪体6上的水冷通道与外部连通。

阴极头水冷空腔3-1通过导电枪芯5上开有的导电枪芯出水通道5-5、枪体6上开有的枪体冷却水循环通道6-4和阳极座1上开有的冷却水进口1-3与阳极座水冷空腔1-4连通。

导水芯内腔4-1通过导电枪芯5上开有的导电枪芯进水通道5-4和枪体6上开有的枪体冷却水进水通道6-3与外部连通。

阳极水冷空腔1-4通过阳极座1上开有的冷却水出口1-2和枪体6上开有的枪体冷却水出水通道6-1与外部连通。

螺旋气流通道5-6是由导电枪芯5外围的多头螺纹5-1与绝缘套筒7的内壁配合构成。