一种微波增强辅助电离的会切场推力器

摘要

本发明提出了一种微波增强辅助电离的会切场推力器，属于电推力器领域，特别是涉及一种微波增强辅助电离的会切场推力器。解决了会切场推力器小型化过程中难以克服的工质利用率不足、效率低下、调节精度低等的问题。它包括SMA微波输入接口、阳极、供气管、谐振天线、永磁环、放电通道、微波谐振腔和磁尖端导磁环。它主要用于会切场推力器的微波增强辅助电离。

说明书

技术领域

本发明属于电推力器领域，特别是涉及一种微波增强辅助电离的会切场推力器。

背景技术

电推进系统具有比冲高、效率高、寿命长的优势，在太空任务中受到了越来越多的重视，正在逐步取代传统的化学推进。近年来，微纳卫星的兴起，以及新一代太空科学任务对小推力、低噪声、高矢量精度的推力提出了进一步的需求。但由于目前国际上主流的几种微推力器——射频离子推力器、场发射推力器、胶体推力器以及冷气推力器分别存在着复杂度高、可调范围窄、寿命不足等关键问题，有必要对新型的微推力器展开研究。

会切场推力器是国际上出现的一种新型电推进概念，其由于特殊的磁场位型，具有复杂度低、可调范围宽、噪声小、寿命长的优点。其工作原理是，会切场推力器陶瓷通道内具有会切磁场，除磁尖端外，大部分磁场为平行于壁面方向，电子主要沿磁力线做螺旋漂移运动，很难跨越磁场到达壁面。粒子在磁镜力作用下来回反弹，直至与中性粒子碰撞发生电离，产生离子在轴向电场作用下被喷出通道，并与电子中和，产生推力。但在对小型化的会切场推力器的研究发现其仍然存在两方面的不足：首先，推力器尺寸过小，致使电离空间不足，工质利用率较低；第二，推力只能通过流量和电压进行调节，调节手段较少，并且调节精度不高。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的问题，提出一种微波增强辅助电离的会切场推力器。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种微波增强辅助电离的会切场推力器，它包括SMA微波输入接口、阳极、供气管、谐振天线、永磁环、放电通道、微波谐振腔和磁尖端导磁环，所述SMA微波输入接口与微波谐振腔外底面相连，呈一体化结构，所述SMA微波输入接口空腔内填充SMA接口绝缘介质，所述阳极安装在微波谐振腔内底面，所述阳极与微波谐振腔之间通过阳极绝缘套相互绝缘，所述谐振天线从SMA微波输入接口端贯穿至微波谐振腔内部并固定在微波谐振腔轴心处，所述微波谐振腔侧壁与供气管相连，供中性气体工质进入微波谐振腔，所述放电通道与微波谐振腔同轴相连，所述放电通道外壁套接三个永磁环，所述相邻永磁环之间均安装有磁尖端导磁环，所述三个永磁环的充磁方向均为轴向，所述三个永磁环的极性方向为NS-SN-NS或SN-NS-SN。

更进一步的，所述微波谐振腔外壁套接绝缘补偿环，所述绝缘补偿环与推力器底板和推力器外壳均相连，所述推力器底板和推力器外壳之间通过螺栓固定连接，所述推力器外壳内壁与永磁环和磁尖端导磁环均相连，所述推力器外壳出口处与推力器顶板通过螺栓固定相连，所述供气管贯穿推力器外壳和绝缘补偿环后与微波谐振腔侧壁相连。

更进一步的，所述SMA微波输入接口、阳极、推力器底板、谐振天线、推力器外壳和微波谐振腔均采用非导磁材料或弱导磁材料。

更进一步的，所述绝缘补偿环、放电通道、推力器顶板和阳极绝缘套均采用氮化硼陶瓷材料。

更进一步的，所述磁尖端导磁环采用电工纯铁DT4C材料。

更进一步的，所述中性气体工质为氙气或氪气。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过在推力器通道上游馈入微波的方式，使磁场内被捕获的电子在天线和谐振腔之间形成回旋共振，增强了放电通道上游的电离作用，在保持了会切场推力器长寿命的同时，大大提高了推力器的工质利用率和整体效率，实现推力器在低工质密度、低功率下的充分电离和加速，提高推力器的效率和比冲，提高会切场推力器性能。同时，引入了微波调节电离过程的推力器调控手段，使推力器可以通过改变输入微波的功率、频率等参数实现推力器工况的有效调节，为星上推力调节策略提供了更多选择。在推力器寿命、系统复杂度、总体性能上均较目前主流的小型电推进系统有优势。

附图说明

图1为本发明所述的一种微波增强辅助电离的会切场推力器剖面结构示意图

图2为本发明所述的一种微波增强辅助电离的会切场推力器立体结构示意图

图3为本发明所述的一种微波增强辅助电离的会切场推力器正面俯视图

图4为本发明所述的一种微波增强辅助电离的会切场推力器剖视立体结构示意图

图5为本发明所述的一种微波增强辅助电离的会切场推力器原理示意图

1-SMA微波输入接口，2-SMA接口绝缘介质，3-阳极，4-推力器底板，5-绝缘补偿环，6-供气管，7-谐振天线，8-永磁环，9-推力器外壳，10-放电通道，11-微波谐振腔，12-磁尖端导磁环，13-推力器顶板，14-阳极绝缘套

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、完整地阐述。

参见图1-5说明本实施方式，一种微波增强辅助电离的会切场推力器，它包括SMA微波输入接口1、阳极3、供气管6、谐振天线7、永磁环8、放电通道10、微波谐振腔11和磁尖端导磁环12，所述SMA微波输入接口1与微波谐振腔11外底面相连，呈一体化结构，所述SMA微波输入接口1空腔内填充SMA接口绝缘介质2，所述阳极3安装在微波谐振腔11内底面，所述阳极3与微波谐振腔11之间通过阳极绝缘套14相互绝缘，所述谐振天线7从SMA微波输入接口1端贯穿至微波谐振腔11内部并固定在微波谐振腔11轴心处，所述微波谐振腔11侧壁与供气管6相连，供中性气体工质进入微波谐振腔11，所述放电通道10与微波谐振腔11同轴相连，所述放电通道10外壁套接三个永磁环8，所述相邻永磁环8之间均安装有磁尖端导磁环12，所述三个永磁环8的充磁方向均为轴向，所述三个永磁环8的极性方向为NS-SN-NS或SN-NS-SN。

本实施例所述的会切场推力器在运行时，中性气体工质通过供气管6进入到微波谐振腔11中，微波源通过SMA微波输入接口1将微波馈入到谐振天线7中，在微波谐振腔11中微波频率与磁场中电子产生电子回旋共振，微波能量被馈入到电子中，使微波谐振腔11内产生电离，直流电源的正极通过供电线与阳极3相连，对阳极3施加高电位，中性气体工质以及在微波谐振腔11内产生的等离子体进入放电通道10在会切形磁场的作用下与电子碰撞形成充分的电离，并由阳极3产生的轴向电场加速喷出，形成推力。所述的会切场推力器在运行时，可以通过调节微波的输入参数来实现有效的精确流量控制，根据不同的需求进行实际的操作，通过提高微波的输入功率，使微波谐振腔11内的电子温度升高，改变微波谐振腔11内的电离强度，以及高价电离离子的占比；通过调节微波的输入频率，使不同回旋频率的电子发生回旋共振，改变微波谐振腔11内的电离区空间分布。

本实施例所述微波谐振腔11外壁套接绝缘补偿环5，所述绝缘补偿环5与推力器底板4和推力器外壳9均相连，所述推力器底板4和推力器外壳9之间通过螺栓固定连接，所述推力器外壳9内壁与永磁环8和磁尖端导磁环12均相连，所述推力器外壳9出口处与推力器顶板13通过螺栓固定相连，所述供气管6贯穿推力器外壳9和绝缘补偿环5后与微波谐振腔11侧壁相连，所述SMA微波输入接口1、阳极3、推力器底板4、谐振天线7、推力器外壳9和微波谐振腔11均采用非导磁材料或弱导磁材料，如303不锈钢和1060铝合金等，所述绝缘补偿环5、放电通道10、推力器顶板13和阳极绝缘套14均采用氮化硼陶瓷材料，所述磁尖端导磁环12采用电工纯铁DT4C材料，所述推力器中性气体工质为氙气或氪气。

以上对本发明所提供的一种微波增强辅助电离的会切场推力器，进行了详细介绍，本文中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，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。