一种微阴极电弧推力器阴极注入装置

摘要

本发明公开了一种微阴极电弧推力器阴极注入装置，包括铁芯导向壳、铁芯、螺线管、永磁铁、推进柱、绝缘保护壳和双头夹；铁芯一端位于铁芯导向壳内，铁芯另一端伸出于铁芯导向壳且缠绕有螺线管；永磁铁与铁芯相对且位于铁芯的尾端，推进柱的首端连接永磁铁，推进柱的尾端伸入绝缘保护壳内与双头夹相对；阴极依次穿过保护壳、铁芯、永磁铁、推进柱的中心通孔，并由双头夹夹持固定，阴极的尾端与导电碳膜相对；本发明以增添阴极材料来代偿在工作过程中由于阴极烧蚀而带来的损失，延长阴极的寿命进而延长推力器的寿命；大大延长了微阴极电弧推力器的工作时间，增加了微阴极电弧推力器的经济效益。

说明书

技术领域

本发明涉及电推进技术领域，特别是涉及一种微阴极电弧推力器阴极注入装置。

背景技术

微阴极电弧推力器是一种新兴的电磁推进方式，一种有望用于各种微小卫星的轨道维持的推进方式。它具有比冲高，结构简单，功率低，并且不需要供气系统的优点。

微阴极电弧推进器的推进原理是：

1.依靠在阴阳极之间通过短时高压脉冲放电使导电碳漆电离产生等离子体形成通路，实现点火的目的。

2.依靠磁场的偏转使粒子产生向外的射流产生推力。在点火成功后，此时，在外圈的阳极电离产生等离子体，为腐蚀极。电离产生的不论是带正电的金属离子还是带负电的电子都将喷出，不需额外加入平衡电荷的电子枪等，省去了复杂结构。

3.可以观察到的阴极放电点的旋转。此时是外侧的环状阴极产生腐蚀。同时，在磁场的作用下，阴极的放电点，也被称为阴极斑点的旋转，则可以带来极大的好处：使腐蚀更加均匀，使其可以有更长的使用寿命也能更大程度的保持其形状以保证其放电特性的稳定。

但是目前在实际应用上，还存在着部分问题，特别是：

1.由于尺寸较小，各部分容易发生相对运动，而造成的安装困难和结构的不稳定问题。

2.由于阴阳极间会产生电压极大的脉冲，在一些结构之间，可能会产生放电，有可能会因此导致推进器结构的熔融。

3.由于在工作过程中阴极的腐蚀而阴极腐蚀而其它部件完好，推力器的寿命很大程度上因为阴极的寿命而受到限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种微阴极电弧推力器阴极注入装置，以解决上述现有技术存在的问题，能够稳固夹持阴极并推动阴极，增加微阴极推力器的工作时间，增加其经济效益。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种微阴极电弧推力器阴极注入装置，包括铁芯导向壳、铁芯、螺线管、永磁铁、推进柱、绝缘保护壳和双头夹；

所述铁芯一端位于所述铁芯导向壳内，所述铁芯另一端伸出于所述铁芯导向壳且缠绕有所述螺线管，所述螺线管内能够输入能够调整大小的电流；

所述永磁铁与所述铁芯相对且位于所述铁芯的尾端，所述推进柱的首端连接所述永磁铁，所述推进柱的尾端伸入所述绝缘保护壳内，所述绝缘保护壳内由首端到尾端依次为弹簧腔、导向腔和双头夹限位腔；所述弹簧腔内设置有弹簧一，所述弹簧一套设于所述推进柱的外部，且所述弹簧一的两端分别抵接于所述推进柱上设置的限位块上和所述弹簧腔的腔底上；所述推进柱的尾端穿过所述弹簧腔伸入于所述导向腔内，所述双头夹一端位于所述导向腔内与所述推进柱的尾端相对，所述双头夹另一端适配于所述双头夹限位腔内，所述绝缘保护壳的尾端开口处安装有与阳极连接的导电碳膜；

阴极依次穿过所述保护壳、所述铁芯、所述永磁铁、所述推进柱的中心通孔，并由所述双头夹夹持固定，所述阴极的尾端与所述导电碳膜相对。

优选地，所述铁芯与所述铁芯导向壳之间连接有弹簧二。

优选地，所述螺线管连接电源，所述螺线管与电源之间的电路上设置有滑动变阻器，所述滑动变阻器用于改变流入螺线管的电流的大小。

优选地，所述永磁铁与所述铁芯相对的端面上设置有胶垫。

优选地，所述双头夹包括对称设置的两个夹块，所述阴极夹持在两个所述夹块中间，所述双头夹的头部为朝向所述推进柱直径逐渐变大的圆锥形，且所述双头夹的头部内壁呈喇叭口状，所述双头夹的中部为圆柱形，所述双头夹的头部和中部位于所述导向腔内，所述双头夹的尾部位于所述双头夹限位腔内，所述双头夹限位腔包括首端的锥形腔和尾端的圆柱腔，所述双头夹的尾部的外轮廓与所述双头夹限位腔适配，所述双头夹的中部外部套设有弹簧三。

优选地，所述阴极穿过的所述铁芯导向壳、所述铁芯、所述胶垫和所述永磁铁上的中心通孔的直径大于所述阴极的直径。

优选地，所述推进柱由绝缘材料制成。

本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

本发明提供的微阴极电弧推力器阴极注入装置，能够稳固夹持阴极并推动注入阴极，阴极接触绝缘材料不会在装置结构间产生放电，整个装置结构稳定可靠；以增添阴极材料来代偿在工作过程中由于阴极烧蚀而带来的损失，延长阴极的寿命进而延长推力器的寿命。通过PPU系统(PPU系统，IGBT为开关，其为绝缘栅双极型晶体管，开断如输入信号所示。当闭合时，电源给电感充电，在断开时电感放电，从而实现在阴阳极间施加高压交变电流)控制输入推力的时间；通过滑动变阻器阻值控制输入电流的大小，从而控制输入推力的大小进而控制阴极材料输入量的下限；在进料通道处设计夹持系统，利用其夹挤系统机械特性控制阴极材料输入量的上限，同时固定阴极。可在阴极损耗比较大的情况下，微阴极推力器也能更长时间工作的目的；与现有技术相比，本发明的有益效果是大大延长了微阴极电弧推力器的工作时间，增加了微阴极电弧推力器的经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中微阴极电弧推力器阴极注入装置的结构示意图；

图2为本发明中双头夹的结构示意图；

图3为本发明中夹块的结构示意图；

图4为本发明中夹块的侧视图；

图5为本发明中螺线管的电路系统图；

图中：1-铁芯导向壳、2-铁芯、3-螺线管、4-永磁铁、5-胶垫、6-推进柱、7-绝缘保护壳、8-双头夹、9-弹簧一、10-导电碳膜、11-阳极、12-弹簧二、13-滑动变阻器、14-头部、15-中部、16-尾部、17-阴极、18-弹簧三。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种微阴极电弧推力器阴极注入装置，以解决现有技术存在的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本实施例中的微阴极电弧推力器阴极注入装置，如图1-图5所示，包括铁芯导向壳1、铁芯2、螺线管3、永磁铁4、推进柱6、绝缘保护壳7和双头夹8；

铁芯2一端位于铁芯导向壳1内，铁芯2另一端伸出于铁芯导向壳1且缠绕有螺线管3，螺线管3内能够输入能够调整大小的电流；

永磁铁4与铁芯2相对且位于铁芯2的尾端，推进柱6的首端连接永磁铁4，推进柱6的尾端伸入绝缘保护壳7内，绝缘保护壳7内由首端到尾端依次为弹簧腔、导向腔和双头夹限位腔；弹簧腔内设置有弹簧一9，弹簧一9套设于推进柱6的外部，且弹簧一9的两端分别抵接于推进柱6上设置的限位块上和弹簧腔的腔底上；推进柱6的尾端穿过弹簧腔伸入于导向腔内，双头夹8一端位于导向腔内与推进柱6的尾端相对，双头夹8另一端适配于双头夹限位腔内，绝缘保护壳7的尾端开口处安装有与阳极11连接的导电碳膜10；

阴极17依次穿过保护壳、铁芯2、永磁铁4、推进柱6的中心通孔，并由双头夹8夹持固定，阴极17的尾端与导电碳膜10相对。

于本具体实施例中，铁芯2与铁芯导向壳1之间连接有弹簧二12，弹簧二12用于对弹出的铁芯2回拉。

于本具体实施例中，螺线管3连接电源，螺线管3与电源之间的电路上设置有滑动变阻器13，滑动变阻器13用于改变流入螺线管3的电流的大小。

于本具体实施例中，永磁铁4与铁芯2相对的端面上设置有胶垫5。

于本具体实施例中，双头夹8包括对称设置的两个夹块，阴极17夹持在两个夹块中间，双头夹8的头部14为朝向推进柱6直径逐渐变大的圆锥形，且双头夹8的头部内壁呈喇叭口状，双头夹8的中部为15圆柱形，双头夹8的头部14和中部15位于导向腔内，双头夹8的尾部16位于双头夹限位腔内，双头夹限位腔包括首端的锥形腔和尾端的圆柱腔，双头夹8的尾部16的外轮廓与双头夹限位腔适配，双头夹8的中部15外部套设有弹簧三18。

阴极17穿过的铁芯导向壳1、铁芯2、胶垫5和永磁铁4上的中心通孔的直径大于阴极17的直径，推进柱6由绝缘材料制成。阴极17的长度可以根据前端放电室的寿命进行选择，整个系统采用中通设计，阴极17不与保护壳，螺线管3，胶垫5，永磁铁4接触，推进柱6采用绝缘材料，因此阴极17的长度不受到限制。

本发明中的微阴极电弧推力器阴极注入装置，工作原理如下：

当需要阴极材料注入时，螺线管3电路上开关闭合，电流通过螺线管3引起磁场，使得铁芯2能受到永磁铁4的吸引，克服弹簧二12的拉力打在永磁铁4后的胶垫5上，永磁铁4受到推力带动推进柱6，推进柱6克服弹簧一9的弹力挤压双头夹8，双头夹8前移，在双头夹8上的弹簧三18被压缩，双头夹8头部14和尾部16均为倾斜设计，因此靠近推力柱一端的头部14被弹簧三18夹挤，远离推进柱6的尾部16打开，同时双头夹8前移，靠近推进柱6的头部14夹紧阴极17带动其前进。

当推进结束后，螺线管3支路开关断开，螺线管3在弹簧二12的作用下回归原位，推进柱6在弹簧一9作用下回归原位，双头夹8同时也在弹簧一9弹力下后退，靠近推进柱6的头部14松开而远离推进柱6的尾部16夹紧，固定住阴极17使其无法轴向移动。

本发明根据推力器的设计需求，通过改变滑动变阻器13R

励磁磁场计算公式为：

B＝μ

其中H为磁场强度；n为励磁线圈的匝数；I为励磁电流；l为有效磁路长度。B为磁感应强度，u

此处匝数以及电流幅值的设计由放电室阴极17损耗的程度而决定。

本发明应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。