一种双栅极结构的碳纳米管气体场电离推力器的制作方法

1.本发明涉及一种双栅极结构的碳纳米管气体场电离推力器，属于空间推进技术领域。


背景技术：

2.基于碳纳米管场电离的微推力器是一种新概念的微电推力器，主要是应用于空间微纳卫星精细姿轨控制和位置保持。该推力器利用发射极上碳纳米管的高长径比和阵列结构产生高场强实现气体工质的电离，并在电场作用下加速喷出产生推力。
3.如发明专利cn113027717a中提到的一种基于碳纳米管微孔阵列电极的微推力器，使用了冷压接线端子和接线端进行电气连接，导电环接线端尺寸过长，结构不稳定，并且这种连接方式对推力器的结构均衡性产生了一定程度的破坏。
4.现有的技术方案结构布局均使用了单栅极的结构，这种结构可以同时实现工质的电离和加速，但只能通过栅极与发射极的电势差来改变引出离子的速度，可调控范围较小。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种双栅极结构的碳纳米管气体场电离推力器结构，实现对气体工质进行电离、加速和引出，形成推力，能够通过改变加速室双栅极电势差的方式来满足粒子速度的控制；通过定位凹槽固定碳纳米管发射极、提取栅极和加速栅极，结构简单可靠，且能够避免短路故障；此外，通过将冷压接线端子设置于推力器内部，无需使用单独的接线柱，能够进一步保证推力器的结构平衡性。
6.本发明的目的是通过下述技术方案实现的：
7.本发明公开的一种双栅极结构的碳纳米管气体场电离推力器，主要由气体扩散室、电离室、二次加速室三部分组成。气体扩散室主要由通气底座、第一隔离层、发射极底座、碳纳米管发射极、发射极冷压接线端子组成。电离室主要由碳纳米管发射极、间距调节片、提取栅极、提取栅极固定板、提取栅极冷压接线端子组成。二次加速室主要由提取栅极、提取栅极固定板、第二隔离层、加速栅极、加速栅极固定板、加速栅极冷压接线端子组成。所述碳纳米管发射极为气体扩散室和电离室共用。所述提取栅极、提取栅极固定板为电离室和二次加速室共用。
8.发射极底座由金属材料制成，与发射极接触的一端设有用于固定发射极的定位凹槽。第一隔离层由用于阻隔通气底座和发射极底座导通的绝缘材料制成。碳纳米管发射极用于产生气体电离，基底设有通气孔。间距调节片由绝缘材料制成，为碳纳米管发射极与提取栅极之间提供间距。提取栅极固定板由金属材料制成，与提取栅极接触的一端设有用于固定提取栅极的定位凹槽。第二隔离层由绝缘材料制成，用于阻隔提取栅极固定板和加速栅极固定板导通。加速栅极固定板由金属材料制成，与加速栅极接触的一端设有用于固定加速栅极的定位凹槽。
9.依次安装通气底座、第一隔离层、发射极底座，将螺栓置于限位孔中，将碳纳米管
发射极置于发射极底座上的定位凹槽中。通过螺母将发射极冷压接线端子固定在推力器内部的螺栓上，无需使用单独的接线柱，能够进一步保证推力器的结构平衡性。发射极冷压接线端子与发射极底座相连，为发射极提供电压。所述通气底座、第一隔离层、发射极底座组成气体扩散室。
10.将提取栅极置于提取栅极固定板中的定位凹槽中，依次安装间距调节片和提取栅极固定板；通过螺母将提取栅极冷压接线端子固定在提取栅极固定板上，固定在推力器内部的螺栓上，无需使用单独的接线柱，能够进一步保证推力器的结构平衡性。提取栅极冷压接线端子与提取栅极固定板相连，为提取栅极提供电压。所述碳纳米管发射极、间距调节片、提取栅极、提取栅极固定板组成电离室，通过给发射极冷压接线端子和提取栅极冷压接线端子加电，在电离室实现气体的电离和一次加速。
11.将加速栅极置于加速栅极固定板中的定位凹槽中，依次安装第二隔离层和加速栅极固定板；通过螺母将加速栅极冷压接线端子固定在加速栅极固定板上，固定在推力器内部的螺栓上，无需使用单独的接线柱，能够进一步保证推力器的结构平衡性。加速栅极冷压接线端子与加速栅极固定板相连，为加速栅极提供电压。所述提取栅极、提取栅极固定板、第二隔离层、加速栅极、加速栅极固定板组成二次加速室，通过给提取栅极冷压接线端子和加速栅极冷压接线端子加电，实现离子的二次加速，通过引出离子形成推力，通过改变二次加速室提取栅极和加速栅极电势差的方式来满足粒子速度的控制。
12.通过定位凹槽固定碳纳米管发射极、提取栅极和加速栅极，结构简单可靠，且能够短路故障。
13.本发明公开的一种双栅极结构的碳纳米管气体场电离推力器的工作方法为：气体通过通气底座进入气体扩散室完成扩散；气体工质通过碳纳米管发射极上的通气孔进入电离室，通过给发射极冷压接线端子和提取栅极冷压接线端子加电，在电离室实现气体的电离和一次加速。电离后的气体离子通过提取栅极的气孔进入二次加速室，通过给提取栅极冷压接线端子和加速栅极冷压接线端子加电，实现离子的二次加速，二次加速后的离子通过加速栅极的气孔喷出，产生推力，通过改变二次加速室提取栅极和加速栅极电势差的方式来满足粒子速度的控制。
14.有益效果：
15.1、本发明公开的一种双栅极结构的碳纳米管气体场电离推力器结构，提取栅极、提取栅极固定板、第二隔离层、加速栅极、加速栅极固定板组成二次加速室，通过给提取栅极冷压接线端子和加速栅极冷压接线端子加电，实现离子的二次加速，通过引出离子形成推力，通过改变二次加速室提取栅极和加速栅极电势差的方式来满足粒子速度的控制。
16.2、本发明公开的一种双栅极结构的碳纳米管气体场电离推力器结构，通过定位凹槽固定碳纳米管发射极、提取栅极和加速栅极，结构简单可靠，且能够短路故障。
17.3、本发明公开的一种双栅极结构的碳纳米管气体场电离推力器结构，通过螺母将发射极冷压接线端子固定在推力器内部的螺栓上；通过螺母将提取栅极冷压接线端子固定在提取栅极固定板上，固定在推力器内部的螺栓上；通过螺母将加速栅极冷压接线端子固定在加速栅极固定板上，固定在推力器内部的螺栓上；通过上述结构保证发射极冷压接线端子、提取栅极冷压接线端子、加速栅极冷压接线端子设置于推力器内部，无需使用单独的接线柱，使电气连接方式对推力器在结构上的影响尽量小，且能够进一步保证推力器的结
构平衡性。
附图说明
18.图1为双栅极结构的碳纳米管气体场电离推力器结构示意图
19.图2为双栅极结构的碳纳米管气体场电离推力器三维示意图
20.其中：1
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通气底座、2
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第一隔离层、3
‑
发射极底座、4
‑
碳纳米管发射极、5
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间距调节片、6
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提取栅极、7
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提取栅极固定板、8
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第二隔离层、9
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加速栅极、10
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加速栅极固定板。
具体实施方式
21.为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图对发明内容做进一步说明。
22.如图1、2所示，本实施例公开的一种双栅极结构的碳纳米管气体场电离推力器，主要由气体扩散室、电离室、二次加速室三部分组成；气体扩散室主要由通气底座1、第一隔离层2、发射极底座3、碳纳米管发射极4、发射极冷压接线端子组成；电离室主要由碳纳米管发射极4、间距调节片5、提取栅极6、提取栅极固定板7、提取栅极冷压接线端子组成；二次加速室主要由提取栅极6、提取栅极固定板7、第二隔离层8、加速栅极9、加速栅极固定板10、加速栅极冷压接线端子组成；所述碳纳米管发射极4为气体扩散室和电离室共用；所述提取栅极6、提取栅极固定板7为电离室和二次加速室共用；
23.发射极底座3由金属材料制成，与发射极接触的一端设有用于固定发射极的定位凹槽；第一隔离层2由用于阻隔通气底座1和发射极底座3导通的绝缘材料制成；碳纳米管发射极4用于产生气体电离，基底设有通气孔；间距调节片5由绝缘材料制成，为碳纳米管发射极4与提取栅极6之间提供间距600μm；提取栅极固定板7由金属材料制成，与提取栅极6接触的一端设有用于固定提取栅极6的定位凹槽；第二隔离层8由绝缘材料制成，用于阻隔提取栅极固定板7和加速栅极固定板10导通；加速栅极固定板10由金属材料制成，与加速栅极9接触的一端设有用于固定加速栅极9的定位凹槽；
24.依次安装通气底座1、第一隔离层2、发射极底座3，将螺栓置于限位孔中，将碳纳米管发射极4置于发射极底座3上的定位凹槽中；通过螺母将两个发射极冷压接线端子分别固定在推力器内部的对称螺栓上，无需使用单独的接线柱，能够进一步保证推力器的结构平衡性；发射极冷压接线端子与发射极底座3相连，为发射极提供电压；所述通气底座1、第一隔离层2、发射极底座3组成气体扩散室；
25.将提取栅极6置于提取栅极固定板7中的定位凹槽中，依次安装间距调节片5和提取栅极固定板7；通过螺母将提取栅极冷压接线端子固定在提取栅极固定板7上，固定在推力器内部的螺栓上，无需使用单独的接线柱，能够进一步保证推力器的结构平衡性；提取栅极冷压接线端子与提取栅极固定板7相连，为提取栅极6提供电压；所述碳纳米管发射极4、间距调节片5、提取栅极6、提取栅极固定板7组成电离室，通过给发射极冷压接线端子和提取栅极冷压接线端子加电，在电离室实现气体的电离和一次加速；
26.将加速栅极9置于加速栅极固定板10中的定位凹槽中，依次安装第二隔离层8和加速栅极固定板10；通过螺母将加速栅极冷压接线端子固定在加速栅极固定板10上，固定在推力器内部的螺栓上，无需使用单独的接线柱，能够进一步保证推力器的结构平衡性；加速栅极冷压接线端子与加速栅极固定板10相连，为加速栅极9提供电压；所述提取栅极6、提取
栅极固定板7、第二隔离层8、加速栅极9、加速栅极固定板10组成二次加速室，通过给提取栅极冷压接线端子和加速栅极冷压接线端子加电，实现离子的二次加速，通过引出离子形成推力，通过改变二次加速室提取栅极6和加速栅极9电势差的方式来满足粒子速度的控制。
27.通过定位凹槽固定碳纳米管发射极4、提取栅极6和加速栅极9，结构简单可靠，且能够短路故障。
28.本实施例公开的一种双栅极结构的碳纳米管气体场电离推力器的工作方法为：气体通过通气底座1进入气体扩散室完成扩散；气体工质通过碳纳米管发射极4上的通气孔进入电离室，通过给发射极冷压接线端子施加 1000v电压和给提取栅极冷压接线端子施加 50v电压，在电离室实现气体的电离和一次加速；电离后的气体离子通过提取栅极6的气孔进入二次加速室，通过进一步给加速栅极冷压接线端子施加
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100v电压，实现离子的二次加速，二次加速后的离子通过加速栅极9的气孔喷出，产生推力，通过改变二次加速室提取栅极6和加速栅极9电势差的方式，如将加速栅极冷压接线端子施加电压改为
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200v来满足粒子速度的控制。
29.以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。