一种双磁屏的霍尔推力器制造技术

一种双磁屏的霍尔推力器，属于霍尔推力器技术领域。本发明专利技术解决现有霍尔推力器通道内部，电子与壁面相互作用频繁导致的壁面能量沉积，从而引起的热失稳和能量损失问题。本发明专利技术的在传统的霍尔推力器增设一个附加磁屏形成双磁屏结构，利用双磁屏对近壁面的磁场进行二次短路，从而引导磁力线不再穿越通道和阳极，进而减小电子对壁面的能量沉积问题并控制电子电流。利用双磁屏解决了通道内电子对壁面的能量沉积，也避免了推力器的放电热失稳，以及能量损失导致的性能损失问题。同时，本发明专利技术抑制了电子电流，增加了电流利用率。此外，通过保证附加磁屏的厚度和内磁屏与阳极的绝缘，保证了附加磁屏的鲁棒性和寿命，使得该发明专利技术可以长时间有效工作。

A Hall thruster with two magnetic screens

【技术实现步骤摘要】
一种双磁屏的霍尔推力器
本专利技术涉及一种双磁屏的霍尔推力器，属于霍尔推力器

技术介绍
随着航天事业的不断发展，对霍尔推力器的寿命和性能均提出了更高的要求。而影响霍尔推力器放电寿命和性能的重要因素之一就是壁面能量沉积，能量沉积越高意味着越容易将热量传递给磁路，从而引发热失稳，也意味着能量损失越大；另一个影响性能的因素是电流利用率，电流利用率直接影响着推力器放电效率，对于霍尔推力器来说，电流利用率追求的是更高的离子电流和更低的电子电流。壁面能量沉积是由于等离子体与放电通道的相互作用导致的，通常是通过改变磁场来解决等离子体与壁面的相互作用问题。通过磁场外推技术将最大磁场外推，将电离区外推至通道出口，从而使高能粒子更加远离放电通道，进而减小高能粒子与壁面的作用，可以说，目前的磁场位型很好的限制了高能粒子对壁面的能量沉积。而对于向通道内运动的低能电子，根据等离子体物理可知，电子沿磁力线运动时能耗最小，因此电子更容易沿磁力线运动，而在现有的霍尔推力器内部，有一些磁力线是穿过通道和阳极的，这就导致了部分电子会沿着这些磁力线与壁面相互作用，从而增加壁面的能量沉积；也导致了电子沿磁力线更容易到达阳极，从而增加电子电流，减小电流利用率。因此，需要改变近壁面的磁场来控制电子对壁面的能量沉积。霍尔推力器通的整体磁场对于放电有着重要的影响，现有的磁场位型已经经过优化，具有磁聚焦特征，对放电十分有利，因此我们追求的是在不改变整体磁场的前提下，改变通道内局部磁场。这就限制了改变磁场的自由度，无法采用以往的改变整体励磁磁路的方式，因此，我们提出了一种具有双磁屏的霍尔推力器结构。
技术实现思路
本专利技术为了解决在现有霍尔推力器通道内部，电子与壁面相互作用频繁导致的壁面能量沉积，从而引起的热失稳和能量损失问题，提供了一种双磁屏的霍尔推力器，利用双磁屏对近壁面的磁场进行二次短路，从而引导磁力线不再穿越通道和阳极，进而减小电子对壁面的能量沉积问题并控制电子电流。本专利技术的技术方案：一种双磁屏的霍尔推力器，包括内磁极1、内励磁线圈2、内磁屏3、附加线圈4、底板5、陶瓷通道6、附加磁屏7、气体分配器8、固定螺母9、陶瓷垫片10、阳极11、外磁屏12、外励磁线圈13和外磁极14，底板5为圆形板状，该圆形板状的中心设有立柱，并且底板5的圆周上均匀分布四个圆柱；圆环状的附加线圈4套装在底板5的立柱底部，内磁屏3套装在底板5的立柱上并位于附加线圈4的上方，内励磁线圈2缠绕在底板5的立柱上并位于内磁屏3的内部，内磁极1固定安装在底板5的立柱上方；圆环状的外磁极14安装在底板5的四个圆柱的上方，外励磁线圈13缠绕在底板5的四个圆柱上；陶瓷通道6为圆环状，并且环壁上开有环状凹槽，在凹槽槽底开有通孔；所述的陶瓷通道6套装在内磁屏3与外励磁线圈13之间；圆环状的外磁屏12套装在陶瓷通道6与外励磁线圈13之间；附加磁屏7、陶瓷通道6和阳极11的结构相同，附加磁屏7套装在陶瓷通道6的环状凹槽内；陶瓷垫片10安装在附加磁屏7的环状凹槽内，阳极11位于陶瓷垫片10的上方安装在附加磁屏7的环状凹槽内；气体分配器8依次穿过阳极11、陶瓷垫片10、附加磁屏7和陶瓷通道6通孔后使用固定螺母9与底板5固定安装。优选的：所述的陶瓷通道6与内磁屏3之间的缝隙为2.5cm，陶瓷通道6与外磁屏12之间的缝隙为3cm。优选的：所述的陶瓷通道6与外励磁线圈13之间的缝隙为10cm。优选的：所述的陶瓷通道6与内励磁线圈2之间的缝隙为6cm。优选的：所述的附加磁屏7为纯铁制作，壁厚为大于1mm。优选的：所述的陶瓷垫片10的厚度不小于0.5mm。优选的：所述的阳极11与附加磁屏7之间的缝隙不小于0.5mm。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术涉及一种双磁屏的霍尔推力器，利用双磁屏结构对推力器内部磁场进行二次短路，从而在不改变整体磁场的情况下，引导近壁面磁力线的走向，进而消除了穿过壁面的磁力线。双磁屏结构和磁场位型使得电子无法沿能量最小路径运动穿过壁面，最终解决了现有霍尔推力器的通道内电子对壁面的能量沉积的问题，从而避免了推力器的放电热失稳，以及能量损失导致的性能损失问题。同时，本专利技术也使得没有磁力线从阳极穿过，电子无法沿磁力线直接到达阳极，而是经过复杂的电子跨场运动到达阳极，因此抑制了电子电流，增加了电流利用率。通过保证附加磁屏的厚度和内磁屏与阳极的绝缘，保证了附加磁屏的鲁棒性和寿命，使得该结构的霍尔推力器可以长时间有效工作。此外，双磁屏结构也使得没有磁力线从阳极穿过，电子无法沿磁力线到达阳极，从而抑制了电子电流，增加了电流利用率。附图说明图1是具有双磁屏结构的霍尔推力器内部结构示意图；图2是附加磁屏结构的结构示意图；图中1-内磁极，2-内励磁线圈，3-内磁屏，4-附加线圈，5-底板，6-陶瓷通道，7-附加磁屏，8-气体分配器，9-固定螺母，10-陶瓷垫片，11-阳极，12-外磁屏，13-外励磁线圈，14-外磁极。具体实施方式结合附图1至图2说明本专利技术具体实施方式：本专利技术一种双磁屏的霍尔推力器，如图1所示，包括内磁极1、内励磁线圈2、内磁屏3、附加线圈4、底板5、陶瓷通道6、附加磁屏7、气体分配器8、固定螺母9、陶瓷垫片10、阳极11、外磁屏12、外励磁线圈13和外磁极14，底板5为圆形板状，该圆形板状的中心设有立柱，并且底板5的圆周上均匀分布四个圆柱；圆环状的附加线圈4套装在底板5的立柱底部，内磁屏3套装在底板5的立柱上并位于附加线圈4的上方，内励磁线圈2缠绕在底板5的立柱上并位于内磁屏3的内部，内磁极1固定安装在底板5的立柱上方；圆环状的外磁极14安装在底板5的四个圆柱的上方，外励磁线圈13缠绕在底板5的四个圆柱上；陶瓷通道6为圆环状，并且环壁上开有环状凹槽，在凹槽槽底开有通孔；所述的陶瓷通道6套装在内磁屏3与外励磁线圈13之间；圆环状的外磁屏12套装在陶瓷通道6与外励磁线圈13之间；附加磁屏7、陶瓷通道6和阳极11的结构相同，附加磁屏7套装在陶瓷通道6的环状凹槽内；陶瓷垫片10安装在附加磁屏7的环状凹槽内，阳极11位于陶瓷垫片10的上方安装在附加磁屏7的环状凹槽内；气体分配器8依次穿过阳极11、陶瓷垫片10、附加磁屏7和陶瓷通道6通孔后使用固定螺母9与底板5固定安装。如此设置，通过采用双磁屏的结构，对推力器内部磁场进行二次短路，从而在不改变整体磁场的情况下，引导近壁面磁力线的走向，进而消除了穿过壁面的磁力线，这样的结构和磁场位型使得电子无法沿能量最小路径运动穿过壁面，最终解决了电子对壁面的能量沉积问题，同时也使得没有磁力线从阳极穿过，电子无法沿磁力线直接到达阳极，而是经过复杂的电子跨场运动到达阳极，从而抑制了电子电流，增加了电流利用率。本专利技术是应用基于磁场外推技术，这是由于磁场外推技术将电离区外推至通道出口，将加速区外推至羽流区，因此高能离子和电子均在通道出口和羽流区，通道内仅存在低能电子，可以降低粒子与壁面的相互作用程度，从而等离子体对壁面的能量沉积能够明显减小。与此同时，内部本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双磁屏的霍尔推力器，其特征在于：包括内磁极(1)、内励磁线圈(2)、内磁屏(3)、附加线圈(4)、底板(5)、陶瓷通道(6)、附加磁屏(7)、气体分配器(8)、固定螺母(9)、陶瓷垫片(10)、阳极(11)、外磁屏(12)、外励磁线圈(13)和外磁极(14)，底板(5)为圆形板状，该圆形板状的中心设有立柱，并且底板(5)的圆周上均匀分布四个圆柱；圆环状的附加线圈(4)套装在底板(5)的立柱底部，内磁屏(3)套装在底板(5)的立柱上并位于附加线圈(4)的上方，内励磁线圈(2)缠绕在底板(5)的立柱上并位于内磁屏(3)的内部，内磁极(1)固定安装在底板(5)的立柱上方；圆环状的外磁极(14)安装在底板(5)的四个圆柱的上方，外励磁线圈(13)缠绕在底板(5)的四个圆柱上；陶瓷通道(6)为圆环状，并且环壁上开有环状凹槽，在凹槽槽底开有通孔；所述的陶瓷通道(6)套装在内磁屏(3)与外励磁线圈(13)之间；圆环状的外磁屏(12)套装在陶瓷通道(6)与外励磁线圈(13)之间；附加磁屏(7)、陶瓷通道(6)和阳极(11)的结构相同，附加磁屏(7)套装在陶瓷通道(6)的环状凹槽内；陶瓷垫片(10)安装在附加磁屏(7)的环状凹槽内，阳极(11)位于陶瓷垫片(10)的上方安装在附加磁屏(7)的环状凹槽内；气体分配器(8)依次穿过阳极(11)、陶瓷垫片(10)、附加磁屏(7)和陶瓷通道(6)通孔后使用固定螺母(9)与底板(5)固定安装。/n...

【技术特征摘要】
1.一种双磁屏的霍尔推力器，其特征在于：包括内磁极(1)、内励磁线圈(2)、内磁屏(3)、附加线圈(4)、底板(5)、陶瓷通道(6)、附加磁屏(7)、气体分配器(8)、固定螺母(9)、陶瓷垫片(10)、阳极(11)、外磁屏(12)、外励磁线圈(13)和外磁极(14)，底板(5)为圆形板状，该圆形板状的中心设有立柱，并且底板(5)的圆周上均匀分布四个圆柱；圆环状的附加线圈(4)套装在底板(5)的立柱底部，内磁屏(3)套装在底板(5)的立柱上并位于附加线圈(4)的上方，内励磁线圈(2)缠绕在底板(5)的立柱上并位于内磁屏(3)的内部，内磁极(1)固定安装在底板(5)的立柱上方；圆环状的外磁极(14)安装在底板(5)的四个圆柱的上方，外励磁线圈(13)缠绕在底板(5)的四个圆柱上；陶瓷通道(6)为圆环状，并且环壁上开有环状凹槽，在凹槽槽底开有通孔；所述的陶瓷通道(6)套装在内磁屏(3)与外励磁线圈(13)之间；圆环状的外磁屏(12)套装在陶瓷通道(6)与外励磁线圈(13)之间；附加磁屏(7)、陶瓷通道(6)和阳极(11)的结构相同，附加磁屏(7)套装在陶瓷通道(6)的环状凹槽内；陶瓷垫片(10)安装在附加磁屏(7)的环状凹槽内，阳极(11)位于陶瓷垫片(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁永杰，李鸿，魏立秋，于达仁，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23