[发明专利]一种用于研究磁线圈束流的实验装置

说明书

本申请公开了一种用于研究磁线圈束流的实验装置，其特征在于，包括空心阴极、霍尔推力器、型材、截流盘、磁线圈、线圈骨架、等离子体诊断系统，截流盘中心开设有截流孔。通过本发明的技术方案，可以获得状态稳定、速度分布较为均匀的等离子体，同时用截流盘在霍尔推力器下游截取羽流，可以较好地减弱来自等离子体源的干扰。

技术领域

本发明属于等离子体物理领域，尤其涉及一种用于研究磁线圈约束低温等离子体流动的实验装置及方法。

背景技术

等离子体由电子、粒子与中性粒子组成，是独立于固体、气体与液体之外的物质第四态，广泛存在于宇宙空间中。等离子体具有良好的导电性，在外加磁场的作用下，等离子体的运动受到控制，通过设计合适的磁场结构，可以实现对等离子体流动的捕捉、加速与收缩。对磁线圈束流的研究将有助于加深对等离子体性质的了解，为电推力器设计、航天器布局等方面工作提供参考依据。现有的研究磁线圈束流的实验装置中，磁线圈的布置紧靠放电室，附加磁场对等离子体源的放电会产生直接影响，从而无法获得理想的、散射角度较小的、分布均匀的束流，这会给磁场约束等离子体的研究带来系统误差。

发明内容

本发明的具体技术方案如下，一种用于研究磁线圈束流的实验装置，其特征在于，包括空心阴极、霍尔推力器、型材、截流盘、磁线圈、线圈骨架、等离子体诊断系统，其中，所述空心阴极与所述霍尔推力器分别通过电路、气路及机械连接；所述型材将所述截流盘和所述线圈骨架吊装并固定在所述霍尔推力器与所述等离子体诊断系统之间；所述霍尔推力器、所述截流盘、所述线圈骨架三者同轴，所述截流盘的外凸面朝向所述霍尔推力器，所述截流盘的内凹面朝向所述线圈骨架；所述截流盘的外凸面和所述线圈骨架之间保持一定安装距离；所述截流盘中心开设有截流孔；所述磁线圈绕在所述线圈骨架上。

进一步地，所述截流盘中心开设的截流孔的半径确定方式如下：在不受磁场约束条件下，使用所述等离子体诊断系统获取所述霍尔推力器靠近所述截流盘一端轴向距离400mm-800mm范围内的离子密度径向分布，离子密度径向分布曲线随着距离所述霍尔推力器轴向距离的增加而由倒V形转变为M形，转变过程中离子密度在径向距离为R的位置均匀分布，所述截流盘中心开设的截流孔的半径小于所述的径向距离R。

进一步地，所述截流盘中心开设的截流孔的半径为5mm-20mm。

进一步地，所述截流盘的外凸面与所述磁线圈骨架之间的安装间距为10mm-15mm。

进一步地，所述线圈骨架在轴线方向的长度为40mm-45mm，所述线圈骨架具有圆筒状的绕芯，所述绕芯内径为40mm-100mm、外径大于所述截流盘上的截流孔内径的5倍，所述线圈骨架的剖面呈工字型，所述线圈骨架的第一端靠近所述截流盘的内凹面，所述线圈骨架的第二端通过螺栓和螺母固定连接在所述型材上。

进一步地，所述等离子体诊断系统包含法拉第探针、朗缪尔探针、阻滞能量分析仪、位移机构及其控制器、数据采集仪、探针电源，所述等离子体诊断系统的位移机构的行程覆盖范围为距离所述线圈骨架靠近所述等离子体诊断系统一端的轴向距离100mm-300mm，径向距离0mm-500mm。

进一步地，所述截流盘的外侧有与所述截流盘的轴心成45°的盘沿。

本发明的有益效果在于：

1.通过本发明所述的装置，可以获得状态稳定、速度分布较为均匀、发散较小的等离子体流；

2.通过本发明所述的装置研究磁线圈束流，可以较好地减弱磁场对等离子体源的影响，从而将研究对象局限于截取的束流与磁线圈，研究磁场构型对理想等离子流动的影响；

3.可通过改变霍尔推力器的工况如放电电压、推进剂流量等来获得不同状态参数(等离子体密度、离子速度、发散角)下的束流，丰富可供研究的自变量。

附图说明