[发明专利]一种抑制扰动振荡的高稳定性电弧推力器系统

说明书

一种抑制扰动振荡的高稳定性电弧推力器系统，包括：贮供系统、节流器和电弧推力器。贮供系统产生气体工质；节流器内部有流动通道；电弧推力器内部有喷管喉道；贮供系统、节流器和喷管喉道之间串联，内部形成贯通的气体工质流动通道。贮供系统输出的气体工质先通过节流器，被节流器节流，然后流入喷管喉道参与放电，最后喷出电弧推力器。节流器的流阻大于喷管喉道；节流器的节流通过其内部流动通道的小孔实现，小孔的横截面积小于喷管喉道的横截面积。本发明能够显著提高电弧推力器运行稳定性。

技术领域

本发明涉及一种电弧放电装置，尤其是一种抑制扰动振荡的高稳定性电弧推力器系统。

背景技术

在电弧推进系统中，电弧推力器位于工质贮供系统的下游，电弧推力器内部的电弧放电与工质贮供系统之间相互影响，例如放电启动时的突然热壅塞导致流量减少，大幅改变了贮供系统的工作点；贮供系统的压力和流量波动与电弧放电状态相互影响。这种相互影响容易振荡放大，降低电弧推力器的运行稳定性，甚至导致电极烧蚀等不可逆的损害，制约电弧推力器的性能和寿命。

现有技术包括减少贮供系统产生的扰动，例如在液体推进剂流动通道上安装气泡拦截和蓄集装置，在贮供系统上采用并联的启动装置，以及在阳极上采用高熔点钨合金材料。这些措施结构复杂，不能有效抑制贮供系统与电弧放电之间的相互影响和电极烧蚀，对电弧推力器的运行稳定性、性能和寿命的改善有限，不利于卫星的工程应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种抑制扰动振荡的高稳定性电弧推力器系统，能显著抑制贮供系统与电弧放电之间的相互影响，大幅减少电极的烧蚀。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

一种抑制扰动振荡的高稳定性电弧推力器系统，包括：贮供系统、节流器和电弧推力器；

贮供系统内部贮存有气体工质，节流器内部设置有流道，电弧推力器内部设置有喷管喉道；

贮供系统、节流器和喷管喉道之间串联形成贯通的气体工质流动通道；

贮供系统输出的气体工质先流过节流器并被节流器节流，然后流入电弧推力器的喷管喉道并参与放电，最后向外喷出。

所述节流器的流阻大于喷管喉道的流阻。

所述节流器的节流功能通过其内部流道的小孔实现，小孔的数量为一个或多个，所有小孔的横截面积之和小于喷管喉道的横截面积。

节流器小孔的长径比的取值范围具体为：L/d＝0.5～3；其中，L为小孔的轴线长度，d为小孔的截面直径。

节流器的流道包括依次设置的上游通道、小孔和下游通道；

上游通道和小孔之间、小孔和下游通道之间均通过圆锥孔连接；所述圆锥孔的取值范围为40°～180°；

上游通道、下游通道均为圆形通孔，上游通道的孔径di大于小孔孔径d的4倍；下游通道的孔径do大于小孔孔径d的4倍。

小孔的截面积A具体为：

如果P_e/P≤a，则

如果P_e/P＞a，则

其中，k是工质气体的绝热指数，R是理想气体常数；M为气体工质的摩尔质量，C的取值范围为0.8～0.95；为电弧放电装置稳态工作时的工质气体质量流量，P为贮供系统提供的气体工质总压，T为贮供系统提供的气体工质总温，P_e为小孔出口的气体工质静压，n为节流器上的小孔的数量；λ为气体工质在小孔内的速度系数，按下式求解，取正值解：