一种考夫曼离子推力器的负载特性模拟装置及模拟方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种考夫曼离子推力器的负载特性模拟装置及模拟方法，能够对考夫曼离子推力器的负载特性进行模拟，通过采用电阻与开关巧妙组合，实现考夫曼离子推力器复杂的负载组成，简化了负载模型，降低了成本；一种考夫曼离子推力器的负载特性模拟方法，提出了推力器静态与动态负载特性模拟方法，包括：正常工作模式下的中和器点火、阴极点火、放电室起弧和束流引出模型，以及故障模式下的栅极间短路、中和器熄灭、放电室熄灭模型；解决了用模拟器进行替代测试的真实性、正确性、覆盖性的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种考夫曼离子推力器的负载特性模拟装置及模拟方法
本专利技术涉及考夫曼离子电推进
，尤其涉及一种考夫曼离子推力器的负载特性模拟装置及模拟方法。
技术介绍
考夫曼离子电推进系统是应用于航天器上的一种高比冲、长寿命、高效率的空间推进系统。在航天器上应用离子电推进能大幅减少推进剂的携带量，显著提高有效载荷比，延长航天器寿命。国外在进行离子电推进系统研制中均采用了推力器负载模拟器进行单机之间，或分系统、整星级的电性能测试，如应用于GOCE卫星的英国T5电推进系统、美国DS-1的NSTAR电推进系统、ARTEMIS卫星的RIT-10射频电推进系统，欧洲SPACEBUS3000平台的SPT-100霍尔电推进系统，美国DAWN探测器的NSTAR电推进系统，美国Boeing702平台的XIPS-25电推进系统等。国外已开展的模拟离子推力器复杂工作特性研究的工作中，建立了较为复杂的推力器负载模型，工程实现及使用都较为困难。因此，有必要研制结构和原理简单的离子推力器负载模型，降低研发成本，简化模拟器的使用流程。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种考夫曼离子推力器的负载特性模拟装置及模拟方法，能够对考夫曼离子推力器的负载特性进行模拟，通过采用电阻与开关巧妙组合，实现考夫曼离子推力器复杂的负载组成，简化了负载模型，降低了研制成本。为了解决上述技术问题，本专利技术是这样实现的：本专利技术的一种考夫曼离子推力器的负载特性模拟装置，包括主阴极加热电源负载模块、主阴极触持电源负载模块、阳极电源负载模块、屏栅电源负载模块、加速电源负载模块、中和器加热电源模块和中和器触持电源负载模块：所述主阴极加热电源负载模块包括霍尔传感器H1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻RV1、开关K1以及开关K2；所述考夫曼离子推力器的主阴极加热电源的输出端串联霍尔传感器H1和电阻RV1后接主阴极加热电源回线；电阻R1并联在电阻RV1两端；开关K1和电阻R2串联后并联在电阻R1两端；所述开关K2与电阻R3串联后并联在电阻R2两端；电阻R1、R2、R3和RV1的阻值依次为1.7Ω、12.8Ω、0.93Ω和13.8KΩ；所述主阴极触持电源负载模块包括霍尔传感器H2、电阻R7、电阻RV2和开关K5；所述考夫曼离子推力器的主阴极触持电源的输出端依次串联霍尔传感器H2和电阻RV2后接主阴极触持电源的回线；所述开关K5和电阻R7串联后并联在电阻RV2的两端；所述电阻R7和电阻RV2的阻值分别26.7Ω和86.7KΩ；所述阳极电源负载模块包括霍尔传感器H3、电阻RV4、电阻R10、电阻R11a、电阻R11b、开关K8、开关K9a和开关K9b，所述考夫曼离子推力器的阳极电源的输出端依次串联霍尔传感器H3和电阻RV4后接阳极电源回线；所述开关K8串联电阻R10后并联在电阻RV4两端；所述开关K9a串联电阻R11a后并联在电阻R10两端；所述开关K9b串联电阻R11b后并联在电阻R11a两端；所述电阻RV4、电阻R10、电阻R11a和电阻R11b的阻值分别为：79.7KΩ、13.6Ω、22Ω和50.4Ω；所述主阴极加热电源回线、阳极电源回线和主阴极触持电源回线并联；所述屏栅电源负载模块包括霍尔传感器H4、电阻RV5、电阻R12和电阻R13、开关K10和开关K11；所述考夫曼离子推力器的屏栅电源的输出端与所述阳极电源输出端并联；所述屏栅电源的输出端依次串联霍尔传感器H4和电阻RV5后接屏栅电源回线；所述电阻R12和开关K10串联后并联在电阻RV5两端；所述电阻R13和开关K11串联后并联在电阻R12和开关K10串联电路的两端；所述电阻RV5、电阻R12和电阻R13的阻值分别为：1204.7KΩ、1250Ω和833.3Ω；所述加速电源负载模块包括霍尔传感器H5、霍尔传感器H6、电阻RV6、电阻R14、电阻R14’、电阻R15、开关K12、开关K13和开关K14；所述考夫曼离子推力器的加速电源的输出负端依次串联霍尔传感器H5和电阻RV6后接加速电源正端回线；所述电阻R14、电阻R14’、霍尔传感器H6和开关K12依次串联后并联在电阻RV6两端；开关K13一端接在电阻R14和电阻R14’之间，另一端接加速电源正端回线；所述电阻R15和开关K14串联后并联在电阻RV6两端；所述电阻RV6、电阻R14、电阻R14’和电阻R15的阻值分别为204.7KΩ、187.5Ω、12.3KΩ和125Ω；所述中和器加热电源模块包括霍尔传感器H7、电阻RV7、电阻R4、电阻R5、电阻R6、开关K3和开关K4；所述考夫曼离子推力器的中和器加热电源的输出端依次串联霍尔传感器H7和电阻RV7后接中和器加热电源回线；所述电阻R4并联在电阻RV7两端；所述开关K3和电阻R5串联后并联在电阻R4两端；所述开关K4和电阻R6串联后并联在电阻R5两端；所述电阻RV7、电阻R4、电阻R5和电阻R6的阻值分别为：13.8KΩ、1.7Ω、12.8Ω和0.93Ω；所述中和器触持电源负载模块包括霍尔传感器H8、电阻RV8、电阻R8、电阻R9、开关K6和开关K7；所述考夫曼离子推力器的中和器触持电源的输出端依次串联霍尔传感器H8和电阻RV8后接中和器触持电源回线；所述开关K6和电阻R8串联后并联在电阻RV8两端；所述开关K7和电阻R9串联后并联在电阻R8两端；所述电阻RV8、电阻R8和电阻R9的阻值分别为：86.7KΩ、200Ω和14.3Ω；所述中和器触持电源回线、中和器加热电源回线、加速电源正端和屏栅电源回线并联。进一步的，在所述主阴极加热电源负载模块中，所述电阻RV1上设置用于测试主阴极加热电源输出电压的引出线，该引出线与所述主阴极加热电源回线之间的阻值为4.7KΩ；在所述主阴极触持电源负载模块中，在所述电阻RV2上设置用于测试主阴极触持电源输出电压的引出线，该引出线与所述主阴极触持电源回线之间的阻值为4.7KΩ；在所述阳极电源负载模块中，在所述电阻RV4上设置用于测试阳极电源输出电压的引出线，该引出线与所述阳极电源回线之间的阻值为4.7KΩ；在所述屏栅电源负载模块中，在所述电阻RV5上设置用于测试屏栅电源输出电压的引出线，该引出线与所述屏栅电源回线之间的阻值为4.7KΩ；在所述加速电源负载模块中，在所述电阻RV6上设置用于测试加速电源输出电压的引出线，该引出线与所述加速电源回线之间的阻值为4.7KΩ；在所述中和器加热电源负载模块中，在所述电阻RV7上设置用于测试中和器加热电源输出电压的引出线，该引出线与所述中和器加热电源回线之间的阻值为4.7KΩ；在所述中和器触持电源负载模块中，在所述电阻RV8上设置用于测试中和器触持电源输出电压的引出线，该引出线与所述中和器触持电源回线之间的阻值为4.7KΩ。进一步的，本专利技术的一种考夫曼离子推力器的负载特性模拟装置，还包括主阴极点火电源负载模块；所述主阴极点火电源负载模块包括电阻R17、电阻R17’和开关K16，所述电阻R17、电阻R17’和开关K16串联后并联在考夫曼离子推力器的主阴极点火电源的输出端和主阴极点火电源的回线之间；所述电阻R17和电阻R17’之间引出测试线，用于测试主阴极点火电源的电压波形；所述主阴极点火电源的正端与主阴极触持电源正端并联，主阴极点火电源回线与主阴极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种考夫曼离子推力器的负载特性模拟装置，其特征在于，包括主阴极加热电源负载模块、主阴极触持电源负载模块、阳极电源负载模块、屏栅电源负载模块、加速电源负载模块、中和器加热电源模块和中和器触持电源负载模块：所述主阴极加热电源负载模块包括霍尔传感器H1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻RV1、开关K1以及开关K2；所述考夫曼离子推力器的主阴极加热电源的输出端串联霍尔传感器H1和电阻RV1后接主阴极加热电源回线；电阻R1并联在电阻RV1两端；开关K1和电阻R2串联后并联在电阻R1两端；所述开关K2与电阻R3串联后并联在电阻R2两端；电阻R1、R2、R3和RV1的阻值依次为1.7Ω、12.8Ω、0.93Ω和13.8KΩ；所述主阴极触持电源负载模块包括霍尔传感器H2、电阻R7、电阻RV2和开关K5；所述考夫曼离子推力器的主阴极触持电源的输出端依次串联霍尔传感器H2和电阻RV2后接主阴极触持电源的回线；所述开关K5和电阻R7串联后并联在电阻RV2的两端；所述电阻R7和电阻RV2的阻值分别26.7Ω和86.7KΩ；所述阳极电源负载模块包括霍尔传感器H3、电阻RV4、电阻R10、电阻R11a、电阻R11b、开关K8、开关K9a和开关K9b，所述考夫曼离子推力器的阳极电源的输出端依次串联霍尔传感器H3和电阻RV4后接阳极电源回线；所述开关K8串联电阻R10后并联在电阻RV4两端；所述开关K9a串联电阻R11a后并联在电阻R10两端；所述开关K9b串联电阻R11b后并联在电阻R11a两端；所述电阻RV4、电阻R10、电阻R11a和电阻R11b的阻值分别为：79.7KΩ、13.6Ω、22Ω和50.4Ω；所述主阴极加热电源回线、阳极电源回线和主阴极触持电源回线并联；所述屏栅电源负载模块包括霍尔传感器H4、电阻RV5、电阻R12和电阻R13、开关K10和开关K11；所述考夫曼离子推力器的屏栅电源的输出端与所述阳极电源输出端并联；所述屏栅电源的输出端依次串联霍尔传感器H4和电阻RV5后接屏栅电源回线；所述电阻R12和开关K10串联后并联在电阻RV5两端；所述电阻R13和开关K11串联后并联在电阻R12和开关K10串联电路的两端；所述电阻RV5、电阻R12和电阻R13的阻值分别为：1204.7KΩ、1250Ω和833.3Ω；所述加速电源负载模块包括霍尔传感器H5、霍尔传感器H6、电阻RV6、电阻R14、电阻R14’、电阻R15、开关K12、开关K13和开关K14；所述考夫曼离子推力器的加速电源的输出负端依次串联霍尔传感器H5和电阻RV6后接加速电源正端回线；所述电阻R14、电阻R14’、霍尔传感器H6和开关K12依次串联后并联在电阻RV6两端；开关K13一端接在电阻R14和电阻R14’之间，另一端接加速电源正端回线；所述电阻R15和开关K14串联后并联在电阻RV6两端；所述电阻RV6、电阻R14、电阻R14’和电阻R15的阻值分别为204.7KΩ、187.5Ω、12.3KΩ和125Ω；所述中和器加热电源模块包括霍尔传感器H7、电阻RV7、电阻R4、电阻R5、电阻R6、开关K3和开关K4；所述考夫曼离子推力器的中和器加热电源的输出端依次串联霍尔传感器H7和电阻RV7后接中和器加热电源回线；所述电阻R4并联在电阻RV7两端；所述开关K3和电阻R5串联后并联在电阻R4两端；所述开关K4和电阻R6串联后并联在电阻R5两端；所述电阻RV7、电阻R4、电阻R5和电阻R6的阻值分别为：13.8KΩ、1.7Ω、12.8Ω和0.93Ω；所述中和器触持电源负载模块包括霍尔传感器H8、电阻RV8、电阻R8、电阻R9、开关K6和开关K7；所述考夫曼离子推力器的中和器触持电源的输出端依次串联霍尔传感器H8和电阻RV8后接中和器触持电源回线；所述开关K6和电阻R8串联后并联在电阻RV8两端；所述开关K7和电阻R9串联后并联在电阻R8两端；所述电阻RV8、电阻R8和电阻R9的阻值分别为：86.7KΩ、200Ω和14.3Ω；所述中和器触持电源回线、中和器加热电源回线、加速电源正端和屏栅电源回线并联。...

【技术特征摘要】
1.一种考夫曼离子推力器的负载特性模拟装置，其特征在于，包括主阴极加热电源负载模块、主阴极触持电源负载模块、阳极电源负载模块、屏栅电源负载模块、加速电源负载模块、中和器加热电源负载模块和中和器触持电源负载模块：所述主阴极加热电源负载模块包括霍尔传感器H1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻RV1、开关K1以及开关K2；所述考夫曼离子推力器的主阴极加热电源的输出端串联霍尔传感器H1和电阻RV1后接主阴极加热电源回线；电阻R1并联在电阻RV1两端；开关K1和电阻R2串联后并联在电阻R1两端；所述开关K2与电阻R3串联后并联在电阻R2两端；电阻R1、R2、R3和RV1的阻值依次为1.7Ω、12.8Ω、0.93Ω和13.8KΩ；所述主阴极触持电源负载模块包括霍尔传感器H2、电阻R7、电阻RV2和开关K5；所述考夫曼离子推力器的主阴极触持电源的输出端依次串联霍尔传感器H2和电阻RV2后接主阴极触持电源回线；所述开关K5和电阻R7串联后并联在电阻RV2的两端；所述电阻R7和电阻RV2的阻值分别26.7Ω和86.7KΩ；所述阳极电源负载模块包括霍尔传感器H3、电阻RV4、电阻R10、电阻R11a、电阻R11b、开关K8、开关K9a和开关K9b，所述考夫曼离子推力器的阳极电源的输出端依次串联霍尔传感器H3和电阻RV4后接阳极电源回线；所述开关K8串联电阻R10后并联在电阻RV4两端；所述开关K9a串联电阻R11a后并联在电阻R10两端；所述开关K9b串联电阻R11b后并联在电阻R11a两端；所述电阻RV4、电阻R10、电阻R11a和电阻R11b的阻值分别为：79.7KΩ、13.6Ω、22Ω和50.4Ω；所述主阴极加热电源回线、阳极电源回线和主阴极触持电源回线并联；所述屏栅电源负载模块包括霍尔传感器H4、电阻RV5、电阻R12和电阻R13、开关K10和开关K11；所述考夫曼离子推力器的屏栅电源输出端与所述阳极电源输出端并联；所述屏栅电源输出端依次串联霍尔传感器H4和电阻RV5后接屏栅电源回线；所述电阻R12和开关K10串联后并联在电阻RV5两端；所述电阻R13和开关K11串联后并联在电阻R12和开关K10串联电路的两端；所述电阻RV5、电阻R12和电阻R13的阻值分别为：1204.7KΩ、1250Ω和833.3Ω；所述加速电源负载模块包括霍尔传感器H5、霍尔传感器H6、电阻RV6、电阻R14、电阻R14’、电阻R15、开关K12、开关K13和开关K14；所述考夫曼离子推力器的加速电源的输出负端依次串联霍尔传感器H5和电阻RV6后接加速电源正端回线；所述电阻R14、电阻R14’、霍尔传感器H6和开关K12依次串联后并联在电阻RV6两端；开关K13一端接在电阻R14和电阻R14’之间，另一端接加速电源正端回线；所述电阻R15和开关K14串联后并联在电阻RV6两端；所述电阻RV6、电阻R14、电阻R14’和电阻R15的阻值分别为204.7KΩ、187.5Ω、12.3KΩ和125Ω；所述中和器加热电源负载模块包括霍尔传感器H7、电阻RV7、电阻R4、电阻R5、电阻R6、开关K3和开关K4；所述考夫曼离子推力器的中和器加热电源的输出端依次串联霍尔传感器H7和电阻RV7后接中和器加热电源回线；所述电阻R4并联在电阻RV7两端；所述开关K3和电阻R5串联后并联在电阻R4两端；所述开关K4和电阻R6串联后并联在电阻R5两端；所述电阻RV7、电阻R4、电阻R5和电阻R6的阻值分别为：13.8KΩ、1.7Ω、12.8Ω和0.93Ω；所述中和器触持电源负载模块包括霍尔传感器H8、电阻RV8、电阻R8、电阻R9、开关K6和开关K7；所述考夫曼离子推力器的中和器触持电源的输出端依次串联霍尔传感器H8和电阻RV8后接中和器触持电源回线；所述开关K6和电阻R8串联后并联在电阻RV8两端；所述开关K7和电阻R9串联后并联在电阻R8两端；所述电阻RV8、电阻R8和电阻R9的阻值分别为：86.7KΩ、200Ω和14.3Ω；所述中和器触持电源回线、中和器加热电源回线、加速电源正端回线和屏栅电源回线并联。2.如权利要求1所述的一种考夫曼离子推力器的负载特性模拟装置，其特征在于：在所述主阴极加热电源负载模块中，所述电阻RV1上设置用于测试主阴极加热电源输出电压的引出线，该引出线与所述主阴极加热电源回线之间的阻值为4.7KΩ；在所述主阴极触持电源负载模块中，在所述电阻RV2上设置用于测试主阴极触持电源输出电压的引出线，该引出线与所述主阴极触持电源回线之间的阻值为4.7KΩ；在所述阳极电源负载模块中，在所述电阻RV4上设置用于测试阳极电源输出电压的引出线，该引出线与所述阳极电源回线之间的阻值为4.7KΩ；在所述屏栅电源负载模块中，在所述电阻RV5上设置用于测试屏栅电源输出电压的引出线，该引出线与所述屏栅电源回线之间的阻值为4.7KΩ；在所述加速电源负载模块中，在所述电阻RV6上设置用于测试加速电源输出电压的引出线，该引出线与所述加速电源回线之间的阻值为4.7KΩ；在所述中和器加热电源负载模块中，在所述电阻RV7上设置用于测试中和器加热电源输出电压的引出线，该引出线与所述中和器加热电源回线之间的阻值为4.7KΩ；在所述中和器触持电源负载模块中，在所述电阻RV8上设置用于测试中和器触持电源输出电压的引出线，该引出线与所述中和器触持电源回线之间的阻值为4.7KΩ。3.如权利要求1或2所述的一种考夫曼离子推力器的负载特性模拟装置，其特征在于，还包括主阴极点火电源负载模块；所述主阴极点火电源负载模块包括电阻R17、电阻R17’和开关K16，所述电阻R17、电阻R17’和开关K16串联后并联在考夫曼离子推力器的主阴极点火电源的输出端和主阴极点火电源回线之间；所述电阻R17和电阻R17’之间引出测试线，用于测试主阴极点火电源的电压波形；所述主阴极点火电源的正端与主阴极触持电源正端并联，主阴极点火电源回线与主阴极触持电...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁凯，赵登峰，杨乐，杨俊泰，孙明明，丁国宗，张天平，顾左，赵成仁，权昕，曹鹏，刘兴旺，李尧，王蒙，成荣，何非，毛俊程，何守续，
申请(专利权)人：兰州空间技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：甘肃;62