[发明专利]一种改变中置阴极背景磁场的磁路结构

说明书

一种改变中置阴极背景磁场的磁路结构，涉及霍尔推力器技术领域，针对现有技术中置阴极方案的霍尔推力器的阴极背景磁场强度影响发动机放电性能，导致降低了发动机的效率的问题，本申请采用中置励磁线圈的方式，改变中置阴极的背景磁场，以减少阴极发射的电子束跨越磁力线的阻力，从而降低耦合压降。本发申请所提出的磁路形成的中轴线磁场，可以通过调节中置线圈的励磁电流实现中轴线上最大磁场强度、阴极上端面处磁场强度、阴极上端面处磁场梯度的连续调节。其中阴极上端面处磁场强度在‑21％到21％范围内连续可调，阴极上端面处磁场梯度在‑28％到28％范围内连续可调，进而降低了背景磁场对中置阴极影响，进而解决了降低发动机效率的问题。

技术领域

本发明涉及霍尔推力器技术领域，具体为一种改变中置阴极背景磁场的磁路结构。

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。具有结构简单、比冲高、效率高、工作寿命长等优势，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。

近年来随着霍尔推力器的技术积累，如冷阴极的产生、热防护技术的成熟等，使得中置阴极方案在霍尔推力器上被更普遍的应用。霍尔推力器采用中置阴极方案，具有结构紧凑、羽流发散角小等优势。阴极作为霍尔推力器的电子源，阴极相对放电通道的位置、阴极的摆放角度、阴极的背景磁场等因素均会影响霍尔推力器的放电情况及阴极的溅射侵蚀。传统的采用外置阴极的霍尔推力器，为了保证发动机的整体可靠性，往往采用阴极远离高能羽流区的方法延长阴极自身寿命。在这种远离羽流区的阴极布置方式下，阴极的背景磁场强度往往较低，一般小于50高斯。而采用中置阴极的布置方式下，阴极中轴线和推力器中轴线重合，故阴极的背景磁场强度较高，一般在150高斯以上。阴极产生的电子有两种去向：一是进入通道内，最终在阳极复合；二是进入羽流区与离子复合，使羽流呈中性；而中置阴极的背景磁场以轴向分量为主且磁场强度高，磁场强度的增强，增大了电子跨越磁力线的阻力，从而增大了耦合压降并在推力器中轴线形成明显亮柱，降低了发动机的效率。

发明内容

本发明的目的是：针对现有技术中置阴极方案的霍尔推力器的阴极背景磁场强度影响发动机放电性能，导致降低了发动机的效率的问题，提出一种改变中置阴极背景磁场的磁路结构。

本发明为了解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种改变中置阴极背景磁场的磁路结构，包括：原始磁路、中置附加磁路和阴极8，所述阴极8置于中心，所述中置附加磁路包括中置线圈架9和中置线圈10，所述中置线圈架9和中置线圈10为环形结构，所述中置线圈10设置在中置线圈架9内，

所述原始磁路包括底板7以及设置在底板7沿着远离中心轴线方向依次设置的内磁芯2、内线圈11、内磁屏3、外磁屏4、外线圈12和外磁壳6，所述内磁芯2和内线圈11上设有内磁极1，所述外线圈12和外磁壳6上设有外磁极5，所述内磁极1、内磁芯2、内磁屏3、外磁屏4、外磁极5、外磁壳6、底板7、内线圈11、外线圈12为环形结构，所述内线圈11和内磁屏3、内磁屏3和外磁屏4、外磁屏4和外线圈12之间设有间隙，所述中置线圈架9顶部与内磁极1顶部固定连接。

进一步的，所述阴极8远离底板7的一端端面与内磁极1远离底板7的一端端面平行。

进一步的，所述阴极8中心轴线上的磁场强度分布为阴极背景磁场。

进一步的，所述内线圈11励磁电流和匝数的乘积为内励磁安匝数N_in，所述内励磁安匝数N_in为600A-1200A。

进一步的，所述外线圈12励磁电流和匝数的乘积为外励磁安匝数N_out，所述外励磁安匝数N_out为200A-600A。