平板型外部放电式霍尔推力器的制作方法

1.本发明涉及霍尔推力器技术领域，尤其涉及一种平板型外部放电式霍尔推力器。


背景技术：

2.基于小卫星和微小卫星的应用需求，电推力器趋向于小型化、低功率方向发展。目前最前沿的空间任务中，要求小型航天器的总质量从100-200kg降低至数千克。而小卫星需要与之匹配的小型化推进系统，这就要求推力器的输入功率从上百瓦降至数十瓦，推力在毫牛量级甚至更低。
3.但是在推力器小型化和低功率化的过程中存在很多限制因素。等离子体的壁面侵蚀：霍尔推力器由于通道内存在径向电场，赋予离子足够的能量来撞击通道壁。通道尺寸缩减后增大了面容比，加剧了等离子体对壁面的侵蚀，大大缩短了推力器的寿命。离子推力器尺寸缩小后，会造成更多的电子在阳极收集，使得放电损耗增大。散热困难：推力器尺寸缩小会造成内磁极空间不足，通道内散热困难，严重时会使永磁体磁场退化，电子约束受到抑制。工质利用率低：随着尺寸缩小，电离通道变短、造成气体损失加剧。磁场构型：磁场对电子的约束在霍尔和离子推力器中起着至关重要的作用，随着推力器尺寸减小，为了更好地约束电子，需要进一步提高磁场强度，但同时又会引发放电不稳定的新问题。
4.在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种平板型外部放电式霍尔推力器，体积小、结构简单、低功率、无壁损、寿命长。
6.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.本发明的一种平板型外部放电式霍尔推力器包括，
8.底座，其设有第一凹槽；
9.磁铁座，其安装在所述底座上且盖合所述第一凹槽，所述磁铁座设有第二凹槽、设于所述第二凹槽中的凸起以及至少一个贯通所述磁铁座的第二通孔，所述凸起自所述磁铁座的内底面向外延伸；
10.内磁环，其安装在所述第二凹槽中且所述内磁环的内表面环绕地贴合所述凸起的外表面；
11.外磁环，其安装在所述第二凹槽中且所述外磁环贴合所述磁铁座内壁；
12.前壁，其安装在所述磁铁座上且盖合所述第二凹槽，所述前壁覆盖所述内磁环和所述外磁环；
13.阳极，其安装在所述前壁远离所述第二凹槽的外表面上；
14.喷嘴，其安装在所述外表面，使得所述阳极被喷嘴围绕；
15.绝缘套管，其贯穿所述底座和所述磁铁座；
16.供电导杆，其穿入所述绝缘套管，一端与所述阳极接触，另一端从所述绝缘套管中引出；
17.阳极电源，其正极连接所述供电导杆，负极连接所述喷嘴。
18.所述的一种平板型外部放电式霍尔推力器中，底座包括贯穿底座的用于导入气体工质的第一通孔，所述第一凹槽和所述磁铁座构成所述气体工质的气体缓冲腔。
19.所述的一种平板型外部放电式霍尔推力器中，所述内磁环和所述外磁环为直径不同但高度相同的钐钴永磁环。
20.所述的一种平板型外部放电式霍尔推力器中，所述前壁在周向上均匀排列着多个用于供给气体工质的第三通孔。
21.所述的一种平板型外部放电式霍尔推力器中，所述前壁由绝缘材料制成。
22.所述的一种平板型外部放电式霍尔推力器中，绝缘材料为云母、氧化铝或氮化硼。
23.所述的一种平板型外部放电式霍尔推力器中，所述阳极的中间位置处周向均匀排列多个用于供给气体工质的第四通孔以形成推力器的羽流。
24.所述的一种平板型外部放电式霍尔推力器中，所述第四通孔对齐所述第三通孔。
25.所述的一种平板型外部放电式霍尔推力器中，所述阳极为圆环薄片，其由钼、钛或不锈钢制成。
26.所述的一种平板型外部放电式霍尔推力器中，所述喷嘴为锥桶状，其由碳化硅、砷化镓或石墨制成。
27.在上述技术方案中，本发明提供的一种平板型外部放电式霍尔推力器，具有以下有益效果：本发明所述的一种平板型外部放电式霍尔推力器中，没有任何物理意义上的放电通道壁，使得中性粒子的电离和离子的加速完全发生在推进器结构外部的开放空间中。在轴向上，磁场仅具有负梯度，且场强较高(＞1000g)。阳极位于磁场最大值的下游。整体结构中没有任何磁芯、极片或电磁线圈和相关电源，显著降低了推进器的质量。由于没有放电通道壁，有望从根本上解决壁面侵蚀的问题，极大地减小推力器的故障率。此外，喷嘴的设计除了在脉冲放电时提供推力器点火需要的初始电子，当离子碰撞喷嘴内表面时，还会引起喷嘴发射二次电子，对羽流进行中和，以维持航天器的电中性。因此，不再需要任何外部的阴极作为中和器，实现了自中和的工作模式，大大减小了功率损耗。
附图说明
28.为了更清楚地说明本技术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中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1是平板型外部放电式霍尔推力器一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
30.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图图1，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发
明保护的范围。
31.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
32.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
33.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
34.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
35.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
36.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
37.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
38.在一个实施例中，如图1所示，平板型外部放电式霍尔推力器包括，底座8，其设有第一凹槽11；
39.磁铁座9，其安装在所述底座8上且盖合所述第一凹槽11，所述磁铁座9设有第二凹槽12、设于所述第二凹槽12中的凸起13以及至少一个贯通所述磁铁座9的第二通孔15，所述凸起13自所述磁铁座9的内底面向外延伸；
40.内磁环4，其安装在所述第二凹槽12中且所述内磁环4的内表面环绕地贴合所述凸起13的外表面；
41.外磁环5，其安装在所述第二凹槽12中且所述外磁环5贴合所述磁铁座9内壁；
42.前壁3，其安装在所述磁铁座9上且盖合所述第二凹槽12，所述前壁3覆盖所述内磁环4和所述外磁环5；
43.阳极2，其安装在所述前壁3远离所述第二凹槽12的外表面上；
44.喷嘴1，其安装在所述外表面，使得所述阳极2被喷嘴1围绕；
45.绝缘套管7，其贯穿所述底座8和所述磁铁座9；
46.供电导杆6，其穿入所述绝缘套管7，一端与所述阳极2接触，另一端从所述绝缘套管7中引出；
47.阳极2电源10，其正极连接所述供电导杆6，负极连接所述喷嘴1。
48.所述的一种平板型外部放电式霍尔推力器的优选实施例中，底座8包括贯穿底座8的用于导入气体工质的第一通孔14，所述第一凹槽11和所述磁铁座9构成所述气体工质的气体缓冲腔。
49.所述的一种平板型外部放电式霍尔推力器的优选实施例中，所述内磁环4和所述外磁环5为直径不同但高度相同的钐钴永磁环。
50.所述的一种平板型外部放电式霍尔推力器的优选实施例中，所述前壁3在周向上均匀排列着多个用于供给气体工质的第三通孔16。
51.所述的一种平板型外部放电式霍尔推力器的优选实施例中，所述前壁3由绝缘材料制成。
52.所述的一种平板型外部放电式霍尔推力器的优选实施例中，绝缘材料为云母、氧化铝或氮化硼。
53.所述的一种平板型外部放电式霍尔推力器的优选实施例中，所述阳极2的中间位置处周向均匀排列多个用于供给气体工质的第四通孔17以形成推力器的羽流。
54.所述的一种平板型外部放电式霍尔推力器的优选实施例中，所述第四通孔17对齐所述第三通孔16。
55.所述的一种平板型外部放电式霍尔推力器的优选实施例中，所述阳极2为圆环薄片，其由钼、钛或不锈钢制成。
56.所述的一种平板型外部放电式霍尔推力器的优选实施例中，所述喷嘴1为锥桶状，其由碳化硅、砷化镓或石墨制成。
57.在一个实施例中，所述底座8为半个正方形的框状结构。
58.在一个实施例中，所述凸起13为圆柱，其高度和内磁环4、外磁环5一致。
59.在一个实施例中，所述磁铁座9的侧壁具有垂直向外延伸的翼部，所述前壁3覆盖所述翼部。
60.在一个实施例中，所述平板型外部放电式霍尔推力器包括，
61.底座8；
62.磁铁座9，所述磁铁座9安装在所述底座8上，所述磁铁座9的内部有凹槽，在中心处有一个凸起13的高度数毫米的圆柱。所述磁铁座9的底部设有周向上均匀排列的多个通孔用于气体工质的供给；
63.内磁环4，所述内磁环4安装在所述磁铁座9的凹槽中，所述内磁环4的内表面与所述磁铁座9中心处的圆柱相贴合；
64.外磁环5，所述外磁环5安装在所述磁铁座9的凹槽中，所述外磁环5的外表面与所述磁铁座9的内壁相贴合；
65.前壁3，所述前壁3安装在所述磁铁座9上，覆盖所述内磁环4和所述外磁环5；
66.阳极2，所述阳极2安装在所述前壁3的上方；
67.喷嘴1，所述喷嘴1安装在所述前壁3的上方，在所述阳极2的外部；
68.绝缘套管7，所述绝缘套管7贯穿所述底座8和所述磁铁座9；
69.供电导杆6，所述供电导杆6从所述绝缘套管7中心穿入，一端与所述阳极2接触，一端从所述绝缘套管7中引出；
70.阳极2电源10，所述阳极2电源10的正极通过连接线与所述供电导杆6相连，负极通过连接线与所述喷嘴1相连；所述底座8在中心处有一个直径数毫米的螺纹通孔，用于安装供气接头。所述底座8有凹槽，与所述磁铁座9的底面一同构成气体缓冲腔。所述前壁3选用具有高熔点的绝缘材料制成，如云母、氧化铝或氮化硼，所述前壁3在周向上均匀排列着多个圆孔用于气体工质的供给。
71.在一个实施例中，所述阳极2的形状为圆环薄片，所述阳极2选用具有高熔点的金属材料制成，如钼、钛或不锈钢，所述阳极2在中间位置处周向均匀排列着多个圆孔用于气体工质的供给，推力器的羽流在所述阳极2的外部空间内形成。所述喷嘴1的形状为锥桶形，选用具有高二次电子发射系数的半导体材料制成，如碳化硅、砷化镓或石墨。
72.在一个实施例中，所述阳极2电源10为直流/脉冲复合型电源10。当推力器点火时在所述阳极2和所述喷嘴1之间施加高压脉冲，诱导所述喷嘴1内表面发生放电，提供初始电子。
73.在一个实施例中，平板型外部放电式霍尔推力器包括：
74.底座8；
75.磁铁座9，所述磁铁座9安装在所述底座8上，所述磁铁座9的内部有凹槽，在中心处有一个凸起的高度数毫米的圆柱。所述磁铁座9的底部设有周向上均匀排列的多个通孔用于气体工质的供给；
76.内磁环4，所述内磁环4安装在所述磁铁座9的凹槽中，所述内磁环4的内表面与所述磁铁座9中心处的圆柱相贴合；
77.外磁环5，所述外磁环5安装在所述磁铁座9的凹槽中，所述外磁环5的外表面与所述磁铁座9的内壁相贴合；
78.前壁3，所述前壁3安装在所述磁铁座9上，覆盖所述内磁环4和所述外磁环5；
79.阳极2，所述阳极2安装在所述前壁3的上方；
80.喷嘴1，所述喷嘴1安装在所述前壁3的上方，在所述阳极2的外部；
81.绝缘套管7，所述绝缘套7管贯穿所述底座8和所述磁铁座9；
82.供电导杆6，所述供电导杆6从所述绝缘套管7中心穿入，一端与所述阳极2接触，一端从所述绝缘套管7中引出；
83.阳极电源10，所述阳极电源10的正极通过连接线与所述供电导杆6相连，负极通过连接线与所述喷嘴1相连；
84.所述底座8在中心处有一个直径数毫米的螺纹通孔，用于安装供气接头，所述底座8有凹槽，与所述磁铁座9的底面一同构成气体缓冲腔，
85.所述内磁环4和所述外磁环5是两个直径不同但高度相同的钐钴永磁环，
86.所述前壁3选用具有高熔点的绝缘材料制成，如云母、氧化铝或氮化硼，所述前壁3在周向上均匀排列着多个圆孔用于气体工质的供给，
87.所述阳极2的形状为圆环薄片，所述阳极2选用具有高熔点的金属材料制成，如钼、钛或不锈钢，所述阳极2在中间位置处周向均匀排列着多个圆孔用于气体工质的供给，推力器的羽流在所述阳极2的外部空间内形成，
88.所述喷嘴1的形状为锥桶形，选用具有高二次电子发射系数的半导体材料制成，如碳化硅、砷化镓或石墨。
89.所述阳极电源10为直流/脉冲复合型电源。当推力器点火时在所述阳极2和所述喷嘴1之间施加高压脉冲，诱导所述喷嘴1内表面发生放电，提供初始电子。
90.本发明提供的平板型外部放电式霍尔推力器具有体积小、结构简单、低功率、无壁损、寿命长的优点。
91.工业实用性
92.本发明所述的平板型外部放电式霍尔推力器可以在霍尔推力器中使用。
93.最后应该说明的是：所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术保护的范围。
94.以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。