[发明专利]适用于宽参数范围工作的霍尔推力器

说明书

适用于宽参数范围工作的霍尔推力器，属于航天电推进技术领域，本发明为解决当前的霍尔推力器不具备宽参数范围条件下高性能稳定工作能力的问题。本发明所述霍尔推力器的陶瓷通道为连续变截面通道，所述陶瓷通道以7.1°的扩张半角从阳极顶面起始、由通道内部向外部连续延展；利用柔性磁路调整磁场强度峰值的轴向位置，进而控制电离发生的位置，以适应不同工质流量状况：当工质流量低时，调整电离发生在变截面通道宽度较窄、工质气体密度较高的区域，以满足充分电离通流密度下限值；当工质流量高时，调整电离发生在变截面通道宽度较宽、工质气体密度适中的区域，既保证工质的充分电离，又可避免局部壁面热负荷过大。

技术领域

本发明属于航天电推进技术领域，涉及陶瓷通道结构与磁路配合来优化霍尔推力器性能技术。

背景技术

霍尔推力器是国际上应用最为广泛的一种空间电推进技术，是利用电场和磁场共同作用将电能转换为工质动能的一种能量转换装置。它具有结构简单、比冲高、效率高、工作寿命长、功率密度高、在轨服役时间长等优势，适用于各类航天器的姿态控制、轨道修正、轨道转移、动力补偿、位置保持、重新定位、离轨处理、深空探测等任务，成为世界各国降低航天器总质量、提高平台有效载荷、延长在轨寿命的最有效手段之一。

随着航天任务的多样性发展，传统的单一工况点工作的霍尔推力器逐渐被多模式霍尔推力器所替代。霍尔推力器向着宽范围变功率、变推力、变比冲的多模式工作特性发展，以适应更高要求的航天任务，如全电推进任务、星际航行、深空探测等。然而，由于传统的单级霍尔推力器推进剂的电离和加速过程发生在相同的放电通道中，受相同的电磁场控制，因此电离和加速过程相互耦合严重，很难做到宽参数范围内高效的放电。当放电偏离指定区间后，则会表现出振荡加剧、模式转变等降低性能、削弱稳定性的现象，进而带来异常熄火的风险，是破坏霍尔推力器工作可靠性的潜在重大隐患。当前的霍尔推力器不具备宽参数范围条件下高性能稳定工作的能力，无法胜任未来航天器的多样化推进任务需求。

发明内容

本发明目的是为了解决当前的霍尔推力器不具备宽参数范围条件下高性能稳定工作能力的问题，提供了一种适用于宽参数范围工作的霍尔推力器。

本发明所述适用于宽参数范围工作的霍尔推力器，所述霍尔推力器的陶瓷通道为连续变截面通道，所述陶瓷通道以7.1°的扩张半角从阳极顶面起始、由通道内部向外部连续延展；

利用柔性磁路调整磁场强度峰值的轴向位置，进而控制电离发生的位置，以适应不同工质流量状况：

当工质流量低时，调整电离发生在变截面通道宽度较窄、工质气体密度较高的区域；

当工质流量高时，调整电离发生在变截面通道宽度较宽、工质气体密度适中的区域。

优选地，所述柔性磁路为多层磁极、多线圈的柔性磁路结构，通过调整各线圈安匝数的大小来控制磁场强度峰值的轴向位置移动及磁场梯度调节，进而实现电离发生位置的轴向调整。

优选地，所述柔性磁路为四层磁极，n组外部线圈，1组内部线圈，n≥4；所述n组外部线圈分别绕制在n个外部导磁柱上，每组外部线圈布局相同，自导磁底座至放电通道出口依次为1号附加线圈Add1、三个主磁路外部线圈L3、L2、L1；所述内部线圈绕制在中心位置导磁柱上，自导磁底座至放电通道出口依次为2号附加线圈Add2、三个主磁路内部线圈L6、L5、L4；处于同一轴向位置的n个外部线圈和1个内部线圈构成一个阶级磁路结构，且同一阶级磁路结构中的n个外部线圈串联。

优选地，所述磁场位置的轴向移动包括调节磁场向通道内侧移动和向外侧移动；

调节磁场向通道内侧移动的过程为：

调节线圈L1、L4的安匝数使其以一定幅度依次减小；同时调节线圈L2、L5的安匝数使其以一定幅度依次减小；同时调节线圈L3、L6的安匝数使其以一定幅度依次增加；

调节磁场向通道外侧移动的过程为：