一种基于双螺旋加热器结构的可重复使用小型空心阴极制造技术

本发明专利技术公开了一种基于双螺旋加热器结构的可重复使用小型空心阴极，包括：空心阴极；加热器，套设在空心阴极外部，加热器上沿周向开设有n个加热丝槽，加热丝槽用于容纳加热丝；装载部，空心阴极和加热器为可拆卸地固定在装载部内部，本方案为针对实验室用小型阴极管所提出，符合低成本、结构简单、可靠性高的特点，设计初衷为尽量减少精密加工和焊接工艺，选用机械装配和固定方式，方便拆卸，更换内部零件或加热丝。加热丝。加热丝。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双螺旋加热器结构的可重复使用小型空心阴极


[0001]本专利技术涉及电推进用阴极管
，具体而言，涉及一种基于双螺旋加热器结构的可重复使用小型空心阴极。

技术介绍

[0002]近年来，随着微小卫星的需求和任务迅猛增加，小型空间电力推进器得到了长足的发展。而在电推进系统的关键技术中，空心阴极是其中的一个重要问题。它作为霍尔推力器和离子推力器的重要组成部分，在推力器工作过程中起到提供碰撞电离反应所需电子、中和射出离子等重要作用。空心阴极安装在霍尔推力器通道出口附近，启动后向外射出持续、稳定的电子束流。电子在放电室内进行电离，并中和放电通道内射出的离子，再推力器工作过程中需稳定提供亚安级的电流。因此，提高空心阴极的工作性能与效率对电推力器的发展具有重要意义。
[0003]近年来，学术界和工业界对几种空心阴极进行了很多设计和测试。对于亚安级低电流空心阴极而言，需要通过加热器和触持极来启动和维持放电过程。而对于小电流空心阴极其加热效率和装置结构紧凑型尤为重要。前者使得装置更加可靠和高效，后者则使推力器整体重量减轻，节省载荷，满足微小卫星的任务需求。
[0004]小型低电流空心阴极结构紧凑，为实现自持工作，对于热量管理提出了较高要求。为实现高效加热，目前小型空心阴极加热器结构多采用单螺旋形缠绕，如公开号为CN201911418861.0的中国专利《百瓦级航天电推进空心阴极结构》使用单螺旋形缠绕加热丝，并提出了基于钽隔热层的多种热量管理方式，可以减少加热系统的辐射散热，提升加热效率。此外，国外文献中也有蛇形缠绕方式的记载。但这种单螺旋缠绕配合点焊的工艺，其加热丝间螺距较大，一定长度的发射体上的加热丝匝数受到限制。此外点焊工艺复杂，成本较高，可靠性较低。
[0005]在加热丝的固定和装配工艺方面，中国专利，公开号为CN201910440186.5的《一种六硼化镧空心阴极热子加热丝冷端引出方法》提出了一种多加热丝引出端并联的方法，有效降低冷端引出端的功率，降低冷端引出段的温度，保证冷端的抗力学性能，但工艺同样较为复杂。

技术实现思路

[0006]本专利技术的实施例旨在解决或改善上述技术问题中的至少之一。
[0007]有鉴于此，本专利技术第一方面的实施例在于提供一种基于双螺旋加热器结构的可重复使用小型空心阴极。
[0008]专利技术第一方面的实施例提供了一种基于双螺旋加热器结构的可重复使用小型空心阴极，包括：空心阴极；加热器，套设在所述空心阴极外部，所述加热器上沿周向开设有n个加热丝槽，所述加热丝槽用于容纳加热丝；装载部，所述空心阴极和所述加热器为可拆卸地固定在所述装载部内部；其中，n为2的整倍数，所述加热丝槽为螺旋设置，所述加热丝槽
的任一端与所述空心阴极的出口端同向设置置。
[0009]本专利技术提供的一种基于双螺旋加热器结构的可重复使用小型空心阴极，通过加热丝槽设置的数量变化，使得加热丝可在加热器上实现双螺旋缠绕或者以二的倍数为缠绕数量的螺旋固定。新的缠绕方式使得加热丝在加热器轴向上的的线密度增大，同时使其弯曲应力得到改善。以上效果可以通过调整螺距和总匝数取得最佳表现；
[0010]整个装置全部设计为机械配合且采用可拆卸固定设置，无需焊接工序，极大简化制造流程，降低了装置成本，并使得空心阴极适用于地面试验场合，便于研究人员拆卸和重复使用；
[0011]加热丝槽的任一端与空心阴极的出口端同向设置，使得加热丝引出固定的方向实现了空心阴极和加热丝的相同，能够进行空心阴极和加热丝的共地，简化了接电方式，并保证了绝缘性能；
[0012]本方案为针对实验室用小型阴极管所提出，符合低成本、结构简单、可靠性高的特点，设计初衷为尽量减少精密加工和焊接工艺，选用机械装配和固定方式，方便拆卸，更换内部零件或加热丝。
[0013]另外，根据本专利技术的实施例提供的技术方案还可以具有如下附加技术特征：
[0014]上述任一技术方案中，所述加热器包括：内加热体，所述内加热体内设有贯通孔，且套设在所述空心阴极外部；外加热体，所述外加热体扣合在所述内加热体外壁，以将所述加热丝槽密封；其中，n个所述加热丝槽沿周向依次开设在所述内加热体的外壁。
[0015]在该技术方案中，将加热器设置为分体设置的内加热体和外加热体，可方便进行加热丝槽的开设和密封，将加热丝槽开设在内加热体的外壁上，在外加热体扣合在内加热体上后能够对加热丝槽周向的封闭，可对加热丝槽内部的加热丝进行固定和封装，避免了加热丝在加热丝槽内弯曲后放置后出现回弹，保证了加热丝的预设固定轨迹；
[0016]n个加热丝槽沿周向依次开设在内加热体的外壁，使得两个以上的加热丝槽的首段和尾端能够处于同一平面上，在将单根的加热丝沿多个加热丝槽进行弯曲铺设时，保证在两个加热丝槽端部更好的穿插。
[0017]上述任一技术方案中，所述空心阴极包括阴极管以及设置于阴极管内的发射体、发射体固定件和弹簧，所述发射体、所述发射体固定件和所述弹簧沿所述阴极管轴向依次排布。
[0018]在该技术方案中，发射体和发射体固定件的内径和外径相等，且与阴极管的内径应为过渡配合关系，通过发射体固定件可将发射体抵接在阴极管内部的一端完成固定，保证了发射体在工作中的位置稳定，降低装置的内部震荡，设置有弹簧可以对发射体固定件施加压制的预应力，使得发射体固定件对发射体在阴极管内部固定的更加稳定。
[0019]上述任一技术方案中，所述装载部上包括有与所述弹簧一端相抵接的绝缘座，所述绝缘座上设有与所述阴极管对接的通孔；所述弹簧与所述发射体固定件相配合，以将所述发射体固定在所述阴极管的出口处。
[0020]在该技术方案中，将设置弹簧设置且位于发射体固定件和绝缘座之间，在安装时通过弹簧从阴极管后端进入通过发射体固定件将发射体压紧，为发射体提供安装后的预应力，实现了发射体在使用中的稳定和紧固效果。
[0021]上述任一技术方案中，所述装载部包括：带有通孔的底座，卡接在所述绝缘座上，
所述底座的通孔与绝缘座的通孔对接；后固定件，与所述底座相对应设置，其上设有供所述底座穿过的通孔；紧固组件，所述紧固组件用于将所述底座分别与所述阴极管、所述绝缘座和所述后固定件固定装配。
[0022]在该技术方案中，通过设置底座和后固定件，并且相互对应设置，可对本装置的各个零部件和加热丝进行集成的固定，并借助紧固组件，将底座与阴极管、绝缘座和后固定件进行分别的固定装配，可方便反复的拆装，省去点焊工艺流程；
[0023]通过底座和绝缘座的先行卡接，可进行预先的定位，在安装中方便紧固组件的对接装配，避免各个结构之间的错位，加快装置整体的组装和内部更换。
[0024]上述任一技术方案中，所述装载部还包括：触持极，所述触持极为中空设置，且罩设在所述加热器外部，所述触持极通过所述紧固组件固定在所述绝缘座上。
[0025]在该技术方案中，通过将触持极设置为中空，并且罩设在加热器的外部，一方面能够对加热器起到保护的作用，避免外部灰尘附着在加热器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双螺旋加热器结构的可重复使用小型空心阴极，其特征在于，包括：空心阴极；加热器(5)，套设在所述空心阴极外部，所述加热器(5)上沿周向开设有n个加热丝槽，所述加热丝槽用于容纳加热丝；装载部，所述空心阴极和所述加热器(5)为可拆卸地固定在所述装载部内部；其中，n为2的整倍数，所述加热丝槽为螺旋设置，所述加热丝槽的任一端与所述空心阴极的出口端同向设置。2.根据权利要求1所述的一种基于双螺旋加热器结构的可重复使用小型空心阴极，其特征在于，所述加热器(5)包括：内加热体(5
‑
1)，所述内加热体(5
‑
1)内设有贯通孔，且套设在所述空心阴极外部；外加热体(5
‑
2)，所述外加热体(5
‑
2)扣合在所述内加热体(5
‑
1)外壁，以将所述加热丝槽密封；其中，n个所述加热丝槽沿周向依次开设在所述内加热体(5
‑
1)的外壁。3.根据权利要求2所述的一种基于双螺旋加热器结构的可重复使用小型空心阴极，其特征在于，所述空心阴极包括阴极管(1)以及设置于阴极管(1)内的发射体(3)、发射体固定件(4)和弹簧(13)，所述发射体(3)、所述发射体固定件(4)和所述弹簧(13)沿所述阴极管(1)轴向依次排布。4.根据权利要求3所述的一种基于双螺旋加热器结构的可重复使用小型空心阴极，其特征在于，所述装载部上包括有与所述弹簧(13)一端相抵接的绝缘座(9)，所述绝缘座(9)上设有与所述阴极管(1)对接的通孔；所述弹簧(13)与所述发射体固定件(4)相配合，以将所述发射体(3)固定在所述阴极管(1)的出口处。5.根据权利要求4所述的一种基于双螺旋加热器结构的可重复使用小型空心阴极，其特征在于，所述装载部包括：带有通孔的底座(2)，卡接在所述绝缘座(9)上，所述底座(2)的通孔与绝缘座(9)的通孔对接；后固...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟宗，胡任杰，刘伟，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：