一种应用于推力器的主阴极的装配结构及其装配方法与流程

1.本发明涉及离子电推力器领域，特别是涉及一种应用于推力器的主阴极的装配结构及其装配方法。


背景技术：

2.现有技术中的离子推力器在放电室内产生等离子体，并加速等离子体中的离子产生推力。放电室主要由主阴极和阳极组成，主阴极需要提供用于轰击工质产生等离子体的电子，为了保证推力器的正常工作，需要保持主阴极和阳极的绝缘。主阴极通过自身的法兰安装在阳极上，在微型离子推力器的实验研究中，需要频繁改变主阴极相对于放电室的轴向位置，现有的阴极安装结构不能满足这个要求，且推力器在工作过程中需要保证放电室的密封性，否则放电室内的等离子体会通过放电室的空隙泄漏到放电室外，与推力器其他部件发生打火，使推力器无法正常运行。对于常规的离子推力器，需要设计复杂的安装结构实现上述两点，尤其应用在微型离子推力器放电室中，由于其结构尺寸小，现有的阴极安装结构更加难以适应小尺寸放电室。
3.专利文件cn106246487b公开了一种利用附加电磁场能量转化的磁等离子体推力器，空心阴极插入阴极连接件的加大内孔端,通过过盈配合实现空心阴极的定位和夹持；将石墨垫片从插有空心阴极的一端套入阴极连接件,将安装有空心阴极和石墨垫片的阴极连接件插入绝缘体的内孔中,直至石墨垫片压至绝缘体的端面,阴极连接件的外圆柱面与绝缘体的内圆柱面通过间隙配合,实现径向定位并保证同轴。但是由于其过盈配合，使得空心阴极并不能改变轴向位置，因此并不能根据实验要求，频繁改变主阴极相对于放电室的轴向位置。
4.专利文件cn20992515u公开了一种扩张型自磁场磁等离子体推力器，阴极头通过可拆卸连接的方式连接在阴极主体的顶端,其中阴极头伸入圆锥形扩张段内。阴极头通过可拆卸连接的方式连接在阴极主体的顶端,这样便于控制阴极头伸入圆锥形扩张段内的长度，但是其难以改进阴极主体为需要提供用于轰击工质产生等离子体的电子的结构。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种应用于推力器的主阴极的装配结构及其装配方法，以解决上述现有技术存在的问题，既能通过改变定位件长度，可以使主阴极能够沿轴线方向调节伸入推力器放电室的长度，满足在离子推力器的实验研究中，频繁改变主阴极相对于放电室的轴向位置的要求，又能保证主阴极和放电室之间的密封和绝缘，防止放电室等离子体经空隙处泄漏并与推力器其他部件发生打火，保障推力器的正常运行。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种应用于推力器的主阴极的装配结构，包括套接在主阴极外周的绝缘底座、呈环形结构且密封环绕在推力器放电室开口处的连接底座，所述绝缘底座密封插接在所述环形结构中，所述环形结构沿周向开设有若干个贯穿其侧壁的开槽，所述开槽中可更换设有不同长度的定位件，所述定位件插
接在所述开槽中，并封堵所述开槽和所述绝缘底座的间隙，所述绝缘底座通过与其相连接的搭接件搭接在所述定位件上，所述搭接件位于所述定位件远离推力器放电室的一侧，并密封设置在所述开槽中。
7.优选的，所述定位件抵接在所述开槽位于所述绝缘底座靠近推力器放电室一侧的内侧边缘上，并贴合在所述绝缘底座的外周壁上。
8.优选的，所述开槽和所述定位件沿径向上的截面均呈多级台阶状结构，所述多级台阶状结构窄端靠近所述绝缘底座。
9.优选的，所述环形结构包括同轴连接的连接法兰和环形凸台，所述开槽贯穿设置在所述环形凸台上，所述连接法兰封堵在所述开槽靠近推力器放电室的一侧，所述定位件靠近所述推力器放电室的一侧紧密贴合在所述连接法兰上。
10.优选的，所述搭接件包括若干环绕在所述绝缘底座外周上的连接部，所述连接部的一端固定在所述绝缘底座上，另一端穿过相应的所述开槽并搭接在所述定位件上。
11.优选的，所述连接部的另一端设有抵接在所述定位件上的密封垫片，且所述密封垫片密封连接在所述开槽中。
12.优选的，所述开槽沿径向上的截面均呈多级台阶状结构，所述多级台阶状结构窄端靠近所述绝缘底座，所述密封垫片抵接在所述窄端的外侧壁上。
13.优选的，所述连接部的另一端远离所述定位件的一侧设有夹紧件，所述连接部的另一端夹紧在所述夹紧件和所述定位件之间。
14.优选的，所述夹紧件和所述定位件均呈弹性结构，所述弹性结构过盈配合在所述开槽中。
15.还提供一种应用于推力器的主阴极的装配结构的装配方法，包括如下步骤：
16.安装连接底座：将连接底座环套在推力器放电室开口处，并通过连接法兰与推力器放电室密封连接；
17.安装定位件：将各个定位件插接在相应的开槽处，并抵紧连接法兰；
18.安装主阴极：将绝缘底座套接在主阴极上，并将搭接件对应各开槽的位置安装在绝缘底座的外周侧；
19.安装绝缘底座：将安装有主阴极的绝缘底座插接在连接底座中，且通过绝缘底座将主阴极与连接底座隔开，且搭接件贯穿在相应的开槽中，并搭接在定位件上；
20.更换定位件：在完成一组实验后，卸下绝缘底座，更换其他长度的定位件后，重新安装绝缘底座，进行下一组实验。
21.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
22.第一，主阴极通过绝缘底座安装在连接底座上，使得主阴极与连接底座之间保持绝缘状态，由于连接底座呈环形结构，且环形结构沿周向开设有若干个贯穿其侧壁的开槽，开槽中可更换设有不同长度的定位件，定位件插接在开槽中，并封堵开槽和绝缘底座的间隙，绝缘底座通过与其相连接的搭接件搭接在定位件上，那么通过更换不同长度的定位件，改变搭接件在连接底座上的轴向位置，进而带动绝缘底座改变其在连接底座上的轴向位置，以能够保证主阴极与连接底座间绝缘密封的同时，能够频繁改变主阴极相对于推力器放电室的轴向位置，满足在推力器的实验研究。
23.第二，定位件抵接在开槽位于绝缘底座靠近推力器放电室一侧的内侧边缘上，并
贴合在绝缘底座的外周壁上，使得定位件仅需能够密封在开槽的内侧边缘和绝缘底座的外周壁之间即可，无需再利用定位件对开槽沿其径向进行整体密封，充分降低了定位件对绝缘底座和连接底座的密封难度。
24.第三，开槽和定位件沿径向上的截面均呈多级台阶状结构，多级台阶状结构窄端靠近绝缘底座，通过设置多级台阶状结构对开槽和绝缘底座之间形成多级密封结构，保证了定位件对开槽的密封强度。
25.第四，环形结构包括同轴连接的连接法兰和环形凸台，利用连接法兰封堵在开槽靠近推力器放电室的一侧，进而在实际使用时，定位件靠近推力器放电室的一侧紧密贴合在连接法兰上，以方便对定位件本身的定位，即插接在开槽中，并贴合在连接法兰上后，保持定位件不动，无需再对定位件进行调节，进而方便后续直接将绝缘底座插接在环形凸台中，并正对定位件放置，以能够方便完成密封安装工作。
26.第五，搭接件包括若干环绕在绝缘底座外周上的连接部，连接部的一端固定在绝缘底座上，另一端穿过相应的开槽并搭接在定位件上，通过将各搭接件沿周向环设在绝缘底座上，以保证将绝缘底座稳定搭接在各定位件上。
27.第六，连接部的另一端设有抵接在定位件上的密封垫片，且密封垫片密封连接在开槽中，进而形成可拆卸结构，利用密封垫片连接在连接部上，在使用时将密封垫片密封连接在开槽中，避免主阴极在完成安装后出现移位等现象，而且后续更换定位片时，能够通过将密封垫片从连接部上拆卸下来，从而能够保证对绝缘底座的快速安装和更换。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1为本发明整体结构剖视图；
30.图2为本发明整体结构俯视图；
31.图3为本发明整体结构仰视图；
32.图4为本发明绝缘底座结构图；
33.图5为本发明连接底座结构图；
34.图6为本发明密封垫片结构图；
35.图7为本发明定位件结构图；
36.其中，1
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主阴极、2
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法兰螺栓、3
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绝缘底座、4
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连接底座、5
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密封垫片、 6
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定位件、7
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主阴极法兰、8
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开槽、9
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环形凸台、10
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连接法兰、11
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螺纹孔、 12
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圆形通孔。
具体实施方式
37.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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.本发明的目的是提供一种应用于推力器的主阴极的装配结构及其装配方法，以解决上述现有技术存在的问题，既能通过改变定位件长度，可以使主阴极能够沿轴线方向调节伸入推力器放电室的长度，满足在离子推力器的实验研究中，频繁改变主阴极相对于放电室的轴向位置的要求，又能保证主阴极和放电室之间的密封和绝缘，防止放电室等离子体经空隙处泄漏并与推力器其他部件发生打火，保障推力器的正常运行。
39.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
40.请参考图1至7所示，提供一种应用于推力器的主阴极的装配结构，包括套接在主阴极1外周的绝缘底座3、呈环形结构且密封环绕在推力器放电室开口处的连接底座4，绝缘底座3采用陶瓷等硬质且绝缘的材料制作而成，主阴极1安装在绝缘底座3上，例如绝缘底座3上开设有圆形通孔12，圆形通孔 12的内径略大于主阴极1的外径，进而主阴极1插入圆形通孔12中，采用螺栓穿过主阴极法兰7将主阴极1固定在绝缘底座3上，绝缘底座3安装在连接底座4上，具体的，绝缘底座3密封插接在环形结构中，优选绝缘底座3的外形结构与环形结构的内环结构相适配，由于绝缘底座3套接在主阴极1的外周，进而将主阴极1与环形结构之间形成绝缘的连接结构，主阴极1不与连接底座 4接触以避免主阴极1与推力器阳极发生短路，避免推力器熄灭及电源损坏，连接底座4与推力器放电室装配，具体的，通过采用密封组件将连接底座4 和推力器放电室的外壳之间进行密封；环形结构沿周向开设有若干个贯穿其侧壁的开槽8，开槽8中可更换设有不同长度的定位件6，绝缘底座3通过与其相连接的搭接件搭接在定位件6上，搭接件位于定位件6远离推力器放电室的一侧，并密封设置在开槽8中，其中，在同一组实验中，采用的定位件6长度相同，由定位件6长度确定主阴极1的轴向位置，以开展实验研究，主阴极1 位置即原初电子的发射位置，会影响放电能量损失特性和放电稳定性，需要通过实验确定最佳位置，且定位件6插接在开槽8中，并封堵开槽8和绝缘底座 3的间隙，以能够保证主阴极1与连接底座4间绝缘密封的同时，能够频繁改变主阴极1相对于推力器放电室的轴向位置，满足在推力器的实验研究。
41.作为本发明优选的实施方式，主阴极1通过主阴极法兰7安装在绝缘底座 3的端面上，绝缘底座3的端面加工三个螺纹孔，沿周向均匀分布，与主阴极法兰7上的安装孔对齐，法兰螺栓2穿过主阴极法兰7安装孔旋进绝缘底座3 的端面的螺纹孔，实现主阴极1与绝缘底座3的固定，主阴极法兰7的半径应小于绝缘底座3的外半径，防止其与连接底座4接触造成断路。
42.进一步的，定位件6抵接在开槽8位于绝缘底座3靠近推力器放电室一侧的内侧边缘上，并贴合在绝缘底座3的外周壁上，使得定位件6仅需能够密封在开槽8的内侧边缘和绝缘底座3的外周壁之间即可，无需再利用定位件6 对开槽8沿其径向进行整体密封，充分降低了定位件6对绝缘底座3和连接底座4的密封难度；作为本发明优选的实施方式，定位件6的形状与开槽8的结构吻合，且定位件6的内侧与绝缘底座3的外壁紧密贴合，将连接底座4和绝缘底座3接触部分的空隙封闭，所以有密封放电室的效果，防止放电室等离子体经空隙处泄漏并与推力器其他部件发生打火，保障推力器的正常运行；且在定位件6内侧沿周向的两条棱边处加工两个倒角，便于更换定位件6时将原有的定位件6退出。
43.优选的开槽8和定位件6沿径向上的截面均呈多级台阶状结构，多级台阶状结构窄端靠近绝缘底座3，通过设置多级台阶状结构对开槽8和绝缘底座3 之间形成多级密封结
构，保证了定位件6对开槽8的密封强度。或者优选的，在环形结构的侧壁沿推力器轴线方向加工t形槽，t形槽沿轴向和径向分别贯穿环形结构，将定位件6插入t形槽中，定位件6形状与t形槽吻合，以封闭绝缘底座3和环形结构之间的空隙。
44.进一步的，环形结构包括同轴连接的连接法兰10和环形凸台9，可以为一体成型的结构，还可以为螺旋连接等，利用连接法兰10封堵在开槽8靠近推力器放电室的一侧，进而在实际使用时，定位件6靠近推力器放电室的一侧紧密贴合在连接法兰10上，以方便对定位件6本身的定位，即插接在开槽8 中，并贴合在连接法兰10上后，保持定位件6不动，无需再对定位件6进行调节，进而方便后续直接将绝缘底座3插接在环形凸台9中，并正对定位件6 放置，以能够方便完成密封安装工作。具体的，连接法兰10与推力器放电室装配，连接法兰10上加工四个通孔，与放电室外壳法兰上的安装孔对齐，用螺栓螺母将连接法兰10和放电室外壳固定，环形凸台9用于与绝缘底座3进行装配，其内边缘半径等于绝缘底座3的外半径，绝缘底座3插入环形凸台9 中，其外壁与环形凸台9内壁贴合。
45.优选的，搭接件包括若干环绕在绝缘底座3外周上的连接部，连接部的一端固定在绝缘底座3上，另一端穿过相应的开槽8并搭接在定位件6上，通过将各搭接件沿周向环设在绝缘底座3上，以保证将绝缘底座3稳定搭接在各定位件6上。
46.进一步的，连接部的另一端设有抵接在定位件6上的密封垫片5，且密封垫片5密封连接在开槽8中，进而形成可拆卸结构，利用密封垫片5连接在连接部上，在使用时将密封垫片5密封连接在开槽8中，避免主阴极1在完成安装后出现移位等现象，而且后续更换定位片时，能够通过将密封垫片5从连接部上拆卸下来，从而能够保证对绝缘底座3的快速安装和更换。作为本发明优选的实施方式，在绝缘底座3的外侧壁加工三个的螺纹孔11，沿周向均匀分布，螺纹孔11轴线指向环形结构的中轴线，用于与环形结构的装配，环形结构上的开槽8数量与绝缘底座3外侧壁上的螺纹孔11相应，开槽8将将环形结构内外壁打通，并与绝缘底座3外侧壁上的螺纹孔11对齐，用于螺栓连接固定绝缘底座3和连接底座4。
47.进一步的，开槽8沿径向上的截面均呈多级台阶状结构，多级台阶状结构窄端靠近绝缘底座3，密封垫片5抵接在窄端的外侧壁上，具体的，密封垫片 5材料为软质金属材料，例如易变形的铜、铝等，安装时抵在定位件6上，以确定主阴极1的轴向位置，且通过设置螺栓，将螺栓旋进压迫密封垫片5使其变形，卡在多级台阶结构中或者t形槽上，防止连接底座4和绝缘底座3发生相对错动。
48.作为本发明优选的实施方式，不使用密封垫片5，连接部的另一端远离定位件6的一侧设有夹紧件，连接部的另一端夹紧在夹紧件和定位件6之间，由夹紧件和定位件6将绝缘底座3进行固定和轴向定位。优选的夹紧件和定位件 6均呈弹性结构，例如，选择弹性更好的聚四氟乙烯等作为材料，弹性结构过盈配合在开槽8中，夹紧件从与定位件6相对的一侧插入开槽8中，夹紧件和定位件6加工公差取稍大的值，使夹紧件和定位件6能够与开槽8实现过盈配合，不在轴向上发生移动，以能够保证主阴极1与连接底座4间绝缘密封的同时，能够频繁改变主阴极1相对于推力器放电室的轴向位置，满足在推力器的实验研究。
49.还提供一种应用于推力器的主阴极1的装配结构的装配方法，包括如下步骤：
50.安装连接底座4：将连接底座4环套在推力器放电室开口处，并通过连接法兰10与推力器放电室密封连接；具体的，连接底座4外周上加工四个通孔，与放电室外壳法兰上的安装孔对齐，用螺栓螺母将连接底座4和放电室外壳固定；
51.安装定位件6：将各个定位件6插接在相应的开槽8处，并抵紧连接法兰 10；具体的，将若干等长度的定位件6插入相应的开槽8中，确定主阴极1 的轴向位置，定位件6与绝缘底座3的外壁和开槽8贴合，将连接底座4和绝缘底座3接触区域的缝隙封闭，保证工质气体不会从此处泄漏；
52.安装主阴极1：将绝缘底座3套接在主阴极1上，并将搭接件对应各开槽 8的位置安装在绝缘底座3的外周侧；
53.安装绝缘底座3：将安装有主阴极1的绝缘底座3插接在连接底座4中，且通过绝缘底座3将主阴极1与连接底座4隔开，且搭接件贯穿在相应的开槽 8中，并搭接在定位件6上；具体的，在绝缘底座3的外侧壁加工若干个螺纹孔11，环形结构上的开槽8数量与绝缘底座3外侧壁上的螺纹孔11相应，开槽8将将环形结构内外壁打通，并与绝缘底座3外侧壁上的螺纹孔11对齐，用于连接固定绝缘底座3和连接底座4，通过设置螺栓，将螺栓穿过密封垫片5旋进螺纹孔11，并压迫密封垫片5使其变形，卡在开槽8上，防止连接底座4和绝缘底座3发生相对错动；或者选择弹性更好的聚四氟乙烯等作为材料，弹性结构过盈配合在开槽8中，夹紧件从与定位件6相对的一侧插入开槽8 中，夹紧件和定位件6加工公差取稍大的值，使夹紧件和定位件6能够与开槽 8实现过盈配合，不在轴向上发生移动；
54.更换定位件6：在完成一组实验后，卸下绝缘底座3，更换其他长度的定位件6后，重新安装绝缘底座3，进行下一组实验。
55.根据实际需求而进行的适应性改变均在本发明的保护范围内
56.需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
57.本发明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。