模拟阴极与电推力器耦合放电电流振荡的阴极独立寿命测试外回路

摘要

模拟阴极与电推力器耦合放电电流振荡的阴极独立寿命测试外回路，属于电推力器中的空心阴极技术领域。解决了现有的在阴极进行单独寿命测试时模拟电流振荡环境实际工作时不相符，阴极寿命测试的可靠性差的问题。本发明所述的空心阴极的阳极同时连接电容的一端和一号电感的一端，电容的另一端连接电阻的一端，电阻的另一端连接二号电感的一端，二号电感另一端连接交流电源的一个电源信号输出端，交流电源的另一个电源信号输出端同时连接一号电感的另一端和直流电源的正极，直流电源的负极连接空心阴极的负极。本发明适用于测试模拟阴极与电推力器耦合放电电流振荡的阴极的独立寿命。

说明书

技术领域

本发明属于电推力器中的空心阴极技术领域。

背景技术

电推力器中的空心阴极主要为推进剂的电离提供高能电子以及起到中和离子羽流的 作用。一旦阴极发生失效，整个电推进装置将无法完成点火和放电，导致电推进装置完全 失效，因此，其寿命直接限制了整套电推进装置的可靠性。尽管目前世界各国的研究机构 都对空心阴极开展了地面寿命试验，但是空心阴极在这一测试过程中的电流振荡却存在着 与电推力器耦合工作时不相符问题。电推力器在工作过程中由于放电通道内中性气体原子 存在电离不稳定的现象，这一现象导致电推力器与空心阴极耦合工作时从空心阴极所引出 的羽流区电子电流密度存在着瞬时变化，因此，阴极与推力器一起工作时存在电流振荡的 问题。但是目前阴极在单独进行寿命测试时电流几乎是恒定的，并未存在与电推力器一起 工作时的振荡频率和振幅，与真实的工作环境存在差异，同时电流振荡对空心阴极顶孔的 腐蚀和温度有着重要的影响，导致所测得阴极寿命数据也欠缺一定的可靠性。

因此，有必要在阴极进行单独寿命测试时给予与电推力器耦合工作时的电流振荡环 境，从而提高阴极寿命测试的可靠性。

发明内容

本发明是为了解决现有的在阴极进行单独寿命测试时模拟电流振荡环境实际工作时不 相符，阴极寿命测试的可靠性差的问题，提出了一种模拟阴极与电推力器耦合放电电流振 荡的阴极独立寿命测试外回路。

本发明所述的模拟阴极与电推力器耦合放电电流振荡的阴极独立寿命测试外回路，它 包括直流电源(DC)、交流电源(AC)、一号电感(L1)、二号电感(L2)、电阻(R) 和电容(C)；

空心阴极(HC)的阳极同时连接电容(C)的一端和一号电感(L1)的一端，电容(C) 的另一端连接电阻(R)的一端，电阻(R)的另一端连接二号电感(L2)的一端，二号电 感(L2)另一端连接交流电源(AC)的一个电源信号输出端，交流电源(AC)的另一个 电源信号输出端同时连接一号电感(L1)的另一端和直流电源(DC)的正极，直流电源(DC) 的负极连接空心阴极(HC)的负极。

本发明在现有的阴极寿命测试的阳极回路里串联一号电感L1,在一号电感L1的两侧 并联一个与交流源、电阻R以及二号电感L2串联的电容C。通过调节交流源的频率和振 幅使得阴极两侧的电压发生振荡，进而满足单独寿命测试的阴极的电流振荡的频率和振 幅，且与实际工作时的电流振荡的频率和振幅相近。

与现有技术相比，本发明的有益效果是通过在现有的单独进行阴极寿命测试的阳极回 路中接入一个模拟阴极与电推力器耦合放电电流振荡的阴极独立寿命测试外回路，使得阴 极进行寿命测试时的电流振荡的频率和幅度与实际中与电推力器耦合工作时更加相符，提 高了阴极单独进行寿命测试时所得数据的可靠性，便于阴极寿命测试的研究。整个电路的 参数易于变化，电路连接简单。

附图说明

图1为本发明所述的电路结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的模拟阴极与电推力器 耦合放电电流振荡的阴极独立寿命测试外回路，它包括直流电源(DC)、交流电源(AC)、 一号电感(L1)、二号电感(L2)、电阻(R)和电容(C)；

空心阴极(HC)的阳极同时连接电容(C)的一端和一号电感(L1)的一端，电容(C) 的另一端连接电阻(R)的一端，电阻(R)的另一端连接二号电感(L2)的一端，二号电 感(L2)另一端连接交流电源(AC)的一个电源信号输出端，交流电源(AC)的另一个 电源信号输出端同时连接一号电感(L1)的另一端和直流电源(DC)的正极，直流电源(DC) 的负极连接空心阴极(HC)的阴极。

具体实施方式二、本实施方式是对具体实施方式一所述的模拟阴极与电推力器耦合放 电电流振荡的阴极独立寿命测试外回路的进一步说明，一号电感(L1)的感抗为10mH， 电容(C)的容抗为0.1uF，二号电感(L2)感抗为0.7mH，交流电源(AC)的频率为17KHz， 电压为22V，电阻(R)的阻值为5Ω，功率为75W。

本实施方式所述的模拟阴极与电推力器耦合放电电流振荡的阴极独立寿命测试外回路 测试的空心阴极(HC)的放电电流为范围为4A-10A，当放电电流为4A时，放电电压为 20.71V，电流振荡的振幅为±1.21A。

当空心阴极(HC)放电电流为8A时，放电电压为26.38V，电流振荡的振幅为±1.20A。

具体实施方式三、本实施方式是对具体实施方式一所述的模拟阴极与电推力器耦合放 电电流振荡的阴极独立寿命测试外回路的进一步说明，一号电感(L1)的感抗为5mH，电 容(C)的容抗为0.1uF，二号电感(L2)感抗为0.2mH，交流电源(AC)的频率为31KHz， 电压为22V，电阻(R)的阻值为5Ω，功率为75W。

本实施方式所述的模拟阴极与电推力器耦合放电电流振荡的阴极独立寿命测试外回路 测试的空心阴极的放电电流范围为4-10A，当空心阴极(HC)的放电电流为4A，放电电压 为20.72V，电流振荡的振幅为±0.94A。

具体实施方式四、本实施方式是对具体实施方式一所述的模拟阴极与电推力器耦合放 电电流振荡的阴极独立寿命测试外回路的进一步说明，一号电感(L1)的感抗为5mH，电 容(C)的容抗为0.1uF，二号电感(L2)感抗为0.2mH，交流电源(AC)的频率为31KHz， 电压为22V，电阻(R)的阻值为10Ω，功率为75W。

本实施方式所述的模拟阴极与电推力器耦合放电电流振荡的阴极独立寿命测试外回路 测试的空心阴极的放电电流范围为4-10A，当空心阴极(HC)的放电电流为4A时，放电 电压为20.37V，电流振荡的振幅为±0.73A。

本发明中的在测试的过程中通过调节交流源U的频率和电压，来调节电感L两侧的 电压振荡频率和振幅，进而调节阴极单独进行寿命测试过程中电流振荡的频率和振幅。可 以保持交流源的输出频率不变，通过调节交流源的电压的方法来起到调节阴极单独进行寿 命测试时所需的电流振幅的作用。为了使得交流源的输出信号不通过电感L1回路，要求 电感L1在实际工作中所产生的阻抗要远大于电感L2所产生的等效阻抗。为了引起交流 源和电感L2以及电容C发生谐振，电感L1的值应远大于电感L2的值，至少应在10倍 以上；同时由于阴极在测试过程中表现出电感特性，其值大约为几十uH，要求电感L2 的值应远大于该值，至少应在10倍以上。可以通过调节电容C的值来改变电感L2以及 电容C的固有频率，进而调节交流源的频率与其相同从而引发谐振。接入电阻R产生的 阻尼使得电流振荡波形更加平滑；可以通过调节电阻R的参数来改变交流源和电感L2以 及电容C引起谐振时的电流振荡峰值，同时电阻R的参数不宜过大，避免干扰交流源和 电感L2以及电容C引起谐振。电感L2所串联的电阻R若存在电感，则在引起交流源和 电感L2以及电容C发生谐振时需要将电阻R所产生的等效电感并入到电感L2以及阴极 工作时所产生的感值中。电感L2所串联的电阻R具体数值应根据实际交流源的特性所选 择，但其阻值和功率不应过小，以防所产生的电感影响交流源和电感L2以及电容C发生 串联谐振时电阻R两端电压等于交流源输出电压时烧坏电器。