[发明专利]纳米线阵列电推力器及其推力矢量控制方法

权利要求书

1.一种纳米线阵列电推力器，其特征在于，包括：

气路组件，被配置为执行以下动作：

形成气道，以使推进剂气体依次流经气路组件，其中所述气路组件包括：

栅极，被配置为与纳米线阵列配合产生电场；

纳米线阵列，被配置为与栅极配合产生电场；

基底，被配置为对纳米线阵列起支撑作用；

底座，被配置为对基底起支撑作用；

外壳，被配置为对栅极、纳米线阵列、基底和底座起到外部径向支撑作用；

多个隔离模块，被配置为将贯穿纳米线阵列电推力器的气道分割为多个气路，以使流经纳米线阵列电推力器的推进剂气体被分成多路；

各路推进剂气体被纳米线阵列电推力器中的纳米线阵列与栅极之间的强电场电离，并被所述强电场加速喷出产生推力；

控制模块，被配置为根据不同的推力矢量调节的需求，通过控制各个气路的通断或气体流量或纳米线阵列与栅极之间的电压来调节各推力输出区域的输出推力大小，从而实现纳米线阵列电推力器的推力矢量调节；

其中所述栅极、纳米线阵列、基底和底座依次配合连接后容纳在外壳中，形成气道；

所述栅极的形状为圆形薄片结构，所述栅极上分布有贯穿所述栅极高度方向的栅极孔阵列，所述栅极材料为钨、钼或碳；

所述纳米线阵列与栅极之间的距离为50微米～500微米；

所述纳米线阵列的材料包括氧化锌、碳纳米管、氧化钨、氧化铜和二氧化钛中的至少一种。

2.如权利要求1所述的纳米线阵列电推力器，其特征在于，

所述基底与栅极平行，所述基底的材料包括硅、陶瓷、金属和合金中的至少一种；

所述基底上分布有贯穿所述基底高度方向的基底孔阵列，用于推进剂气体的流动；

所述底座与基底平行；

所述底座上分布有贯穿所述底座高度方向的底座孔，每个底座孔与一个气路一一对应。

3.如权利要求1所述的纳米线阵列电推力器，其特征在于，多个隔离模块包括上隔板，其中：

所述上隔板为若干垂直于栅极和基底的平板，所述上隔板固定在基底上表面，所述上隔板的各平板呈从基底中心向四周发散状，所述上隔板在基底上均匀分布，所述上隔板的上表面紧邻栅极下表面，所述上隔板的侧面紧邻外壳。

4.如权利要求1所述的纳米线阵列电推力器，其特征在于，多个隔离模块还包括下隔板，其中：

所述下隔板为与上隔板同等数量的垂直于基底和底座的平板，所述下隔板与上隔板在垂直于基底表面的方向对齐，所述下隔板固定在底座上表面，所述下隔板的上表面紧邻基底下表面，所述下隔板的侧面紧邻外壳。

5.如权利要求1所述的纳米线阵列电推力器，其特征在于，

每个所述底座孔分别连接一个气路，以向其所对应的气路输送推进剂气体；

各个气路对应一个电磁阀，电磁阀作为控制其所对应的气路通断的开关，以控制各个气路中推进剂气体的流动；

各个气路对应一个流量调节模块，流量调节模块用于调节其所对应的气路中流动的推进剂气体的流量；

推进剂气体通过底座孔进入到纳米线阵列电推力器内部，再经过基底孔阵列进行二次分配，从而均匀地流动到纳米线阵列的尖端处，被纳米线阵列和栅极间的强电场电离并加速喷出产生推力。

6.如权利要求5所述的纳米线阵列电推力器，其特征在于，

当所有电磁阀处于打开状态时，基底上所有区域的纳米线阵列均有气体流经，此时推力在纳米线阵列电推力器的喷口平面上均匀输出，纳米线阵列电推力器的推力沿喷口轴线输出，推力大小为所有区域输出推力之和。

7.如权利要求5所述的纳米线阵列电推力器，其特征在于，

当部分电磁阀处于打开状态时，使得与其所对应的气路有推进剂气体流经，所流经的气体被该气路所对应的纳米线阵列和栅极间的强电场电离并输出推力，该气路所对应的区域为推力输出区域；

此时纳米线阵列电推力器的推力输出方向为各推力输出区域输出的推力合力的方向，推力大小为推力输出区域输出的推力之和；

其中，各推力输出区域的输出推力大小通过调节推力输出区域的气体流量或/和纳米线阵列与栅极间的电压来实现。

8.一种根据权利要求1至7之一所述的纳米线阵列电推力器的推力矢量控制方法，其特征在于，包括：

纳米线阵列电推力器的气路组件形成气道，以使推进剂气体依次流经气路组件；

多个隔离模块将贯穿纳米线阵列电推力器的气道分割为多个气路，以使流经纳米线阵列电推力器的推进剂气体分别通过多个气路，各路推进剂气体被纳米线阵列与栅极之间的强电场电离，并被所述强电场加速喷出产生推力；

控制模块根据不同的推力矢量调节的需求，通过控制各个气路的通断或气体流量或纳米线阵列与栅极之间的电压来调节各推力输出区域的输出推力大小，从而实现纳米线阵列电推力器的推力矢量调节。