一种电推进发动机羽流诊断装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种电推进发动机羽流诊断装置，包括电流收集装置、电流表、电流收集装置移动部件。电流收集装置由同心但不同大小的电流收集环组成；电流表用来监测每个电流收集环收集的电流；电流收集装置移动部件用以实现电流收集装置沿发动机羽流轴线方向的运动，以便得到不同轴向位置处的电流分布；电流收集装置通过不同直径的电流收集环得到羽流在不同径向位置处的带电粒子数密度；本发明专利技术采用较为简单的装置，针对电推进发动机羽流的诊断，得到发动机羽流的发散角和羽流中带电粒子的分布情况，诊断过程中的操作、控制相对简单，易于掌握。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于空间电推进发动机喷气羽流诊断
，属于接触式诊断方法，涉及一种 电推进发动机羽流诊断装置。
技术介绍
电推进发动机具有比冲高、效率高、寿命长及体积小等优点，可以应用于轨道保持、轨 道转移、阻力补偿、姿态控制以及行星际飞行主推进等大部分空间推进任务，在航空航天领 域内有着广泛的应用前景。自上世纪90年代以来，世界各航天大国纷纷研制了各种用于空间推进的电推进发动机， 如离子发动机、霍尔(Hall)效应推力器、电弧加热推力器以及胶质离子发动机等。上述发 动机的共同特征是将来自航天器电源的电能转化为推进剂的动能，发动机喷出的气体或液滴 均带有净电荷，因此，电推进发动机喷出的羽流和传统化学火箭发动机羽流有很大的不同， 传统化学火箭发动机将推进剂的化学能转化为动能，发动机喷气仍然为气体分子、原子或固 体颗粒，可以认为这些分子、原子和颗粒不带有净电荷。电推进发动机羽流中气体原子和液体颗粒带有的净电荷给发动机的研制以及应用电推进 发动机的航天器带来特殊的问题。主要集中在带电羽流对航天器太阳能帆板的影响、羽流对 航天器上敏感元器件的影响、羽流对航天器热控表面的影响以及羽流对通讯设备的影响等。针对应用电推进发动机羽流对航天器的影响及其特点，国内外对其展开了广泛地研究。 对电推进羽流的研究按照发动机状态可分为地面试验诊断和飞行试验诊断，按照诊断方法可 分为两大类接触式诊断和非接触式诊断。接触式诊断包括朗缪尔(Langmuir)静电探针 诊断、法拉第探针诊断等；非接触式诊断主要为各种光学诊断方法。通过这些诊断，可以得 到发动机羽流中带电离子的温度、密度以及不同带点状态离子的比例等信息，为发动机的研 制以及了解发动机羽流对航天器的影响提供参考。就接触式诊断方式而言，静电探针虽然能得到电推进羽流中的电子及离子密度信息，如 果要想得到羽流中这些粒子的分布情况，就需要有探针位移系统来实现不同羽流位置处的诊 断，而这种做法对羽流的稳定性提出了很高的要求，同时也会对羽流造成扰动。 专利技术 内容本专利技术的目的是为了提供一种电推进发动机羽流诊断装置。目前国内外对于电推进发动机羽流的诊断主要采取静电探针诊断方法，本专利技术釆用环形电流收集装置作为诊断装置，通 过采集到的电流得到电推进发动机羽流中不同位置处的电流密度，进而得到带电粒子的密度 分布等信息。本专利技术所述的一种电推进发动机羽流诊断装置，包括轴、弹性元件和连接装置，所述的弹性元件和连接装置以轴的中线左右对称；电流收集装置包括绝缘垫座和电流收集环装置，电流收集环装置包括绝缘垫、中心电流收集片和若干个电流收集环；所述的绝缘垫为金字塔状，顶端开有凹槽，各级台阶上开有孔， 用于引入导线，将每个电流收集环和相应的电流表连接；电流表用来读取每个电流收集环上 的电流；电流收集环装置通过绝缘垫固定安装在绝缘垫座上；中心电流收集片过盈安装在绝 缘垫的中心凹槽中，每个电流收集环的半径不同，以中心电流收集片为圆心，依次过盈安装 在绝缘垫的金字塔各级台阶上；电流收集装置移动部件由移动座、步进电机移动螺杆、步进电机、步进电机导线和步进 电机控制箱构成；步进电机固定在真空舱内试验平台上，电流收集装置的绝缘垫座安装在移 动座上，移动座底面设置两条导轨与试验平台上有两条轨道相配合；步进电机移动螺杆的一 端连接移动座，另一端连接步进电机，移动座在步进电机控制下，随步进电机移动螺杆一起 沿着真空舱内试验平台上的轨道轴向运动；步进电机控制箱与步进电机通过步进电机导线连 接，实现步进电机控制箱对步进电机的控制。本专利技术的优点在于(1) 采用较为简单的装置，针对电推进发动机羽流的诊断；(2) 利用此装置可以得到发动机羽流的发散角；(3〉利用此装置可以得到羽流中带电粒子的分布情况；(4)利用此装置在羽流的诊断过程中的操作、控制相对简单，易于掌握。附图说 明图l是本专利技术的一种电推进发动机羽流诊断装置结构示意图2是本专利技术的电流收集环装置结构示意图3是本专利技术的绝缘垫结构示意图4是本专利技术图3中绝缘垫A-A面的结构示意图5是本专利技术的电推进发动机羽流诊断装置的诊断原理结构示意图。 图中1-电流收集装置 2-绝缘垫座 3-电流收集环装置 4-试验平台5-移动座 6-步进电机移动螺杆 7-步进电机 8-步进电机导线9-步进电机控制箱 10-电流表 11-电流收集装置移动部件301-绝缘垫 302-中心电流收集片 303-电流收集环 304-凹槽305-孔具体实施例方式下面将结合附图对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术是一种电推进发动机羽流诊断装置，如附图说明图1所示，具体包括电流收集装置1、 电流表IO、电流收集装置移动部件11。电流收集装置1是实现诊断的关键部件，电流收集装置1包括绝缘垫座2和电流收集环 装置3,电流收集环装置3固定于绝缘垫座2上，绝缘垫座2起到固定电流收集环装置3的 作用，电流收集环装置3如图2所示，包括绝缘垫301和一个中心电流收集片302和九个 电流收集环303。绝缘垫301为金字塔状，如图3和图4所示，顶端开有凹槽304，各级 台阶上开有孔305，用于引入导线，将每个电流收集环303和相应的电流表IO连接。绝缘 垫座2上开有一个圆槽，绝缘垫301过盈安装在此圆槽中。中心电流收集片302过盈安装 在绝缘垫301的中心凹槽304中，电流收集环303的半径不同，以中心电流收集片302为 圆心，依次过盈安装在绝缘垫301的金字塔各级台阶上，从圆心向外依次增大，电流收集环 303的材料为铜，其加工精度足够高，以尽量减小诊断时产生的误差，本专利技术采用加工精度 为IT6的铜。电流表用来读取每个电流收集环303上的电流，通常情况下电推进发动机的推力很小， 所以电推进发动机羽流中带电粒子形成的电流也会很小，采用量程为0 lmA的电流表。绝缘垫301以及绝缘垫座2均采用聚四氟乙烯，使每个电流收集环303之间绝缘，且 互不接触，保证每个电流表10显示的电流为所连接的电流收集环303所收集的电流。电流收集装置移动部件ll由移动座5、步进电机移动螺杆6、步进电机7、步进电机导 线8和步进电机控制箱9构成。由于在真空舱内进行实验，所以步进电机7所用润滑剂要更 换为真空脂，以防润滑剂对真空环境造成不良影响。步进电机7固定在真空舱内试验平台4 上，试验平台4上有两条轨道，与移动座5下方的两条导轨相吻合，绝缘垫座2过盈安装在 移动座5上，工作时将步进电机7内部件的转动转化为步进电机移动螺杆6的轴向运动。步 进电机移动螺杆6的一端连接着移动座5,另一端连接步进电机7，移动座5随步进电机移 动螺杆6 —起沿着沿真空舱内试验平台4上的轨道轴向运动，轨道与步进电机移动螺杆6的 轴向平行。步进电机7与步进电机控制箱9用步进电机导线8连接。步进电机7由步进电机 控制箱9控制。步进电机控制箱9放在真空舱外面，这样可以不停止实验即可实现对真空舱 内的诊断装置进行调节控制。电流收集装置移动部件11实现电流收集环303面相对于步进发动机7出口面不同距离 处的电流采集工作。因为电推进发动机地面试验是在高真空度的真空舱内进行的，如果对真空舱里面实验装置的调节都要在舱内进行，将相当麻烦，也相当耗时。所以对真空舱里面实 验装置的调节在舱外进行，通过步本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电推进发动机羽流诊断装置，其特征在于：包括：电流收集装置、电流表、电流收集装置移动部件；　电流收集装置包括绝缘垫座和电流收集环装置，电流收集环装置包括绝缘垫、中心电流收集片和若干个电流收集环；所述的绝缘垫为金字塔状，顶端开有凹槽，各级台阶上开有孔，用于引入导线，将每个电流收集环和相应的电流表连接；电流表用来读取每个电流收集环上的电流；电流收集环装置通过绝缘垫固定安装在绝缘垫座上；中心电流收集片过盈安装在绝缘垫的中心凹槽中，每个电流收集环的半径不同，以中心电流收集片为圆心，依次过盈安装在绝缘垫的金字塔各级台阶上；　电流收集装置移动部件由移动座、步进电机移动螺杆、步进电机、步进电机导线和步进电机控制箱构成；步进电机固定在真空舱内试验平台上，电流收集装置的绝缘垫座安装在移动座上，移动座底面设置两条导轨与试验平台上有两条轨道相配合；步进电机移动螺杆的一端连接移动座，另一端连接步进电机，移动座在步进电机控制下，随步进电机移动螺杆一起沿着真空舱内试验平台上的轨道轴向运动；步进电机控制箱与步进电机通过步进电机导线连接，实现步进电机控制箱对步进电机的控制。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：汤海滨，钟凌伟，张莘艾，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]