[发明专利]一种霍尔推力器的阴极中心布局

说明书

技术领域

本发明涉及航天技术和低温等离子体技术领域，具体涉及一种霍尔推力器的阴极中心布局。

背景技术

阴极是霍尔推力器的重要部件，阴极发射的电子主要有两个作用，一部分电子进入霍尔推力器通道内部，用于电离工质；另一部份电子在羽流中与束流离子复合，以保证羽流区的电中性。大量实验表明，由于阴极和推力器放电过程的耦合作用，阴极的安装位置和角度等对霍尔推力器放电等离子体特性，推力宏观性能以及束流中和特性等都有很大的影响。

现有技术的霍尔推力器结构中，阴极安置在放电室外侧，如图1和图2所示。主要存在如下问题：(1)由于阴极布局在放电室外侧，使得阴极发射的电子不能均匀进入放电通道，阴极与放电室的耦合电压偏高，进而影响到推力器的整体效率；(2)由于阴极位置相对放电室中轴线的偏离，束流中和效果不理想，给卫星空间羽流防护带来一定困难。

针对阴极发射电子相对放电通道及束流的非对称性问题，提出一种阴极对称布局的霍尔推力器结构解决方案。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种霍尔推力器的阴极中心布局，能够提高了放电通道内的等离子体均匀性，降低阴极与放电室的耦合电压，减少羽流中和的损失能量，最终有效提高推力器的效率。

本发明的霍尔推力器的阴极中心布局，所述霍尔推力器包括内极靴、内绕线柱、放电通道、外极靴、外绕线柱、磁导底座和阴极，所述阴极由圆柱形的阴极主体结构和支撑部件组成，

步骤1，在霍尔推力器中内绕线柱和内极靴内沿霍尔推力器中心轴开设一个贯通内绕线柱和内极靴的圆柱形的空腔，其中，空腔的直径与霍尔推力器的阴极主体结构的外径相匹配；

步骤2，调节霍尔推力器的内绕线柱和外绕线柱上的线圈安匝数，直到获得满足霍尔推力器放电室通道所需要的磁场，且内绕线柱磁场处于非饱和状态；

步骤3，将圆柱形的阴极主体结构放置于内绕线柱空腔内；并在阴极与内绕线柱空腔之间安装陶瓷套筒。

有益效果：

本发明的霍尔推力器可以增加阴极与推力器的耦合效应，从而减小阴极的耦合电压，增加推力器阳极有效电压(加速电压)，最终显著提高霍尔推力器的效率；同时还提高了束流离子的中和均匀性，从而为卫星电推进羽流防护起到一定的积极效应。

附图说明

图1现有技术的霍尔推力器剖面结构示意图。

图2现有技术的霍尔推力器俯视结构示意图。

图3本发明的霍尔推力器磁路结构示意图。

图4本发明的霍尔推力器剖面结构示意图。

图5本发明的霍尔推力器俯视结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种霍尔推力器的阴极中心布局。现有的霍尔推力器结构如图1所示，包括内极靴、内绕线柱、放电通道、外极靴、外绕线柱、磁导底座和阴极，其中阴极由圆柱形的阴极主体结构和支撑部件组成，本发明将阴极布局在霍尔推力器中心，实现阴极结构对称布局，阴极发射电子可均匀进入放电通道，同时发射原初电子位于束流中心可更均匀实现束流离子中和。具体结构如图3～图5所示，具体包括如下步骤：

步骤1，在霍尔推力器磁路结构中内绕线柱和内极靴内沿霍尔推力器中心轴开设一个贯通内绕线柱和内极靴的圆柱形的空腔结构，其中，空腔结构的直径与阴极主体结构的外径相匹配；

步骤2，调节内绕线柱和外绕线柱上的线圈安匝数，直到获得满足霍尔推力器放电室通道所需要的磁场，且内绕线柱磁场处于非饱和状态。其中，放电通道磁场需要满足的主要指标如下：1)放电通道内主要为径向磁场，且磁场关于放电通道中心对称；2)阳极附近处磁场近似为零；3)从阳极往出口方向磁场强度逐渐增大，在出口处有最大值(>160Gs)。

步骤3，将阴极的支撑部件去除，仅保留其主体的圆柱体结构，将阴极放置于内绕线柱空腔部分内；并在阴极与内绕线柱空腔部分之间安装陶瓷套筒，实现阴极与内绕线柱之间的电绝缘。

本发明通过局部结构的改变，实现了霍尔推力器的一种阴极中心布局方案。其磁路结构如图3所示，主要包括：导磁底座、外绕线柱、内绕线柱、外极靴、内极靴和磁屏。由于阴极安置于推力器几何中心，从阴极出来的电子具有相同概率进入放电通道，这将有利于放电通道内的等离子体均匀性，减小阴极与推力器的耦合电压，从而增加霍尔推力器阳极有效电压(加速电压)，最终使得推力器的效率显著提高。同时阴极对称布局的霍尔推力器结构下，发射电子可以更有效的与束流离子进行中和，减少羽流中和的损失能量。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。