[发明专利]可变磁场后加载程度的霍尔推力器磁路结构及设计方法

说明书

可变磁场后加载程度的霍尔推力器磁路结构及设计方法，所述结构包含内磁极，内铁芯、底板、外壳、外磁极、内永磁体、长内线圈、长内磁屏、短内线圈、短内磁屏、长外线圈、长外磁屏、短外线圈、短外磁屏和外永磁体；内永磁体固定在内磁极的外表面上，外永磁体固定在外磁极的外表面上，所述长内线圈、短内线圈、长外线圈和短外线圈缠绕在线圈架上，并将线圈架固定在底板上。所述设计方法为在底板上设计高度不同的磁屏结构，布置内永磁体和外永磁体，使得内永磁铁和外永磁铁形成主磁场，然后通过调节长内线圈、长外线圈与短内线圈、短外线圈的电流大小及正负，实现连续调整推力器的后加载程度。本发明可实时改变后加载程度，以契合不同的放电工况。

技术领域

本发明涉及霍尔推力器，具体涉及可变磁场后加载程度的霍尔推力器磁路结构及设计方法。

背景技术

霍尔推力器是一种利用正交电磁场电离加速工质气体产生推力的电推进装置，主要应用于航天推进领域。霍尔推力器在通道内部形成正交的电磁场，阴极发射的电子在到达通道底部阳极的过程中被磁场约束，绕磁力线做拉莫尔回旋运动。推进剂从通道底部注入，中性原子与电子在通道中碰撞电离，产生大量的离子、电子。离子在轴向电场的作用下高速喷出形成羽流，从而产生推力。它具有结构简单、比冲高、工作可靠等优点，可大大提高航天器的有效载荷率，适用于航天器的位置保持、轨道转移等任务。

霍尔推力器中，励磁线圈通电产生磁场，磁极、磁屏之间存在一定空间，形成漏磁间隙，进而形成通道内磁场。霍尔推力器后加载程度为通道中心处出口平面磁场强度与通道中心线上最大磁场强度之比与100％之差为后加载程度ΔB，所述ΔB表示为：

式中，B_exit为通道中心线上，通道上端面位置磁场强度；B_max为通道中心线上最大磁场强度。

在传统的霍尔推力器中，磁场后加载程度由磁极、磁屏之间的漏磁间隙决定，一旦推力器成型，后加载程度也随之固定(例如公开号CN112943572A，一种改变霍尔推力器磁场后加载程度的磁路结构，通过设计不同磁极、磁屏的相对尺寸来控制后加载程度，但是需预先知道后加载程度，再设计后加载程度下的磁路尺寸，设计完成后的推力器具备固定的后加载程度，即一旦推力器成型，后加载程度也随之固定)。对于宽范围霍尔推力器来说，磁场后加载程度的调节至关重要，通过调节磁场后加载程度，可以控制电离区、加速区的位置。当推力器工作于低流量工况时，减小磁场后加载程度，可使电离区内移，从而提高电离区的中性原子密度；当推力器工作于高流量工况时，增大磁场后加载程度，可使加速区外移，从而降低离子在放电通道上的轰击。在霍尔推力器变工况的过程中，控制磁场后加载程度，使之与电离区、加速区位置匹配，可优化推力器放电状态，达到霍尔推力器宽工作范围下高效率放电目的。

发明内容

本发明为克服现有技术不足，提供一种可变磁场后加载程度的霍尔推力器磁路结构及设计方法。以解决现有霍尔推力器在变工况过程中，后加载程度与工况之间的不匹配、推力器放电效率低的问题。

可变磁场后加载程度的霍尔推力器磁路结构，包含内磁极，内铁芯、底板、外壳和外磁极，所述内铁芯和外壳为中空环形体，所述内磁极和外磁极分别固定在内铁芯和外壳的外表面上；还包含内永磁体、长内线圈、长内磁屏、短内线圈、短内磁屏、长外线圈、长外磁屏、短外线圈、短外磁屏和外永磁体；所述长内磁屏、短内磁屏、短外磁屏、长外磁屏、内永磁体和外永磁体均为环形体，内铁芯、长内磁屏、短内磁屏、短外磁屏和长外磁屏由内向外依次同轴设置在底板上；内永磁体固定在内磁极的外表面上，外永磁体固定在外磁极的外表面上，长内线圈布置在内铁芯和长内磁屏之间，短内线圈布置在长内磁屏和短内磁屏之间，短外线圈布置在短外磁屏和长外磁屏之间，长外线圈布置在长外磁屏和外壳之间，所述长内线圈、短内线圈、长外线圈、短外线圈缠绕在线圈架上，并将线圈架固定在底板上。

可变磁场后加载程度的霍尔推力器磁路结构设计方法为：