[发明专利]一种吸气电推技术用电子束预电离增强吸气装置及方法

说明书

本发明公开了一种吸气电推技术用电子束预电离增强吸气装置，包括进气道，以及安装在所述进气道上的磁场发生机构和电子束发生机构；其实现方法为，所述磁场发生机构用于在飞行环境中向所述进气道的进气端设定的目标区域发射电子束，将所述目标区域内的气体电离形成带电粒子；所述磁场发生机构用于在所述目标区域内形成将所述带电粒子捕集入所述进气道内的磁场。本发明提供的吸气电推技术用电子束预电离增强吸气装置，采用电子束可以将目标区域内的气体电离成带电粒子，再通过磁场与带电粒子的相互作用，使带电粒子进入到进气道内，从而提高气体捕集效率。

技术领域

本发明涉及航空航天技术领域，具体涉及一种吸气电推技术用电子束预电离增强吸气装置及方法。

背景技术

超低近地空间是一个具有战略意义的领域，主要用于地球观测，也可以用于民用和军事通信。在较低的海拔高度，地球观测平台可以通过提高有效载荷性能(提高图像分辨率和信噪比)，同时减小尺寸和功率要求来提高竞争力。

飞行器在太空停留或移动需要推力。一般而言，飞行器使用类似火箭的化学推进装置，但电推进器因效率更高而日益流行。然而，传统的电力推进系统仍要使用推进剂(如氙气)，因此，飞行器的待机时间受限于携带的推进剂数量，而飞行器能携带的推进剂有限。而且为了抵消大气阻力，在距离地球表面几百公里范围内运行的飞行器消耗的推进剂更多。

因此，吸气式电推进系统便应运而生了。在飞行器掠过大气层顶部时收集足够的空气颗粒，为“吸气式”电动推进器提供燃料，从而不需要在发射时携带过多的推进剂，同时帮助飞行器克服大气阻力，使其在超低近地轨道上持续运行。

为确保捕获足够的气体，气体捕集效率是一个关键的因素。然而，太空中环境气体极度稀薄、捕集效率有限。因此，如何有效提高气体捕集效率，成为需要本领域技术人员解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种吸气电推技术用电子束预电离增强吸气装置及方法，以解决现有技术中在太空中环境气体极度稀薄、捕集效率有限的前提下如何有效提高气体捕集效率的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：

一种吸气电推技术用电子束预电离增强吸气装置，包括进气道，以及安装在所述进气道上的磁场发生机构和电子束发生机构；

其中，所述磁场发生机构用于在飞行环境中向所述进气道的进气端设定的目标区域发射电子束，将所述目标区域内的气体电离形成带电粒子；

所述磁场发生机构用于在所述目标区域内形成将所述带电粒子捕集入所述进气道内的磁场。

作为本发明的一种优选方案，所述电子束发生机构包括设置在所述进气道周向的至少一台电子束发生器，所述电子束发生器均用于按照设定的发散角进行扩束后的电子束。

作为本发明的一种优选方案，所述电子束发生器包括空心阴极以及电子引出电极，所述发散角通过改变电子引出电极的形状进行调节。

作为本发明的一种优选方案，每台所述电子束发生器发射的电子束的发散角为θ；

其中，T_e，T_h，m_h，v_h和U分别是电子温度、气体温度、原子质量、气体碰撞率和飞行器。

作为本发明的一种优选方案，每台所述电子束发生器发射的每道电子束的方向均朝向相对于所述进气道的来流方向，且每道电子束的所述方向向外偏离与所述进气道的轴向形成θ/2的夹角。

作为本发明的一种优选方案，所述磁场发生机构包括配置于所述进气道周向的均匀布置的多块永磁体或环绕所述进气道周向的电磁线圈。