一种可调距吸气式双级离子发动机

1.本发明涉及离子发动机技术领域，尤其涉及一种可调距吸气式双级离子发动机。


背景技术：

2.以别费尔德布朗效应为基础的离子推进器存在多种形式，如简易飘升机，麻省理工大学的离子推进飞机等，他们的共同特点在于其最基本推进器模块，都是以别费尔德布朗效应为基础的非对称性电容器，依靠这种结构形式来电离、加速环境气体或粒子，从而产生推力，这些推进方式的共同优点是：不需要消耗传统化学推进剂，只要有电(来自太阳能或者核电)，就能永久产生推力，即续航时间长，但其缺点是：由于其推力小、效率低，导致其不适合大规模工程应用，在单级改为双级甚至改为多级推进时，理论上可以提高推力输出，但在两极过渡的部分，容易产生离子返流，使得串联无效，由于发动机首级推进器的末端的离子不能完全被集电极板所中和，有一部分带电粒子被集电极牵引反向拉回，造成双级串联后增推效率下降，依靠提高两级推进器之间的间距，从而降低首级推进器末端集电极与末级推进器前端发射极之间的电场强度，是抑制双级离子发动机中离子返流的有效措施，但发动机两级推进器之间的最合理间距是多少，往往不能准确地确定。


技术实现要素：

3.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种可调距吸气式双级离子发动机。
4.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种可调距吸气式双级离子发动机，包括首级别费尔德布朗效应离子推进器和末级别费尔德布朗效应离子推进器，所述首级别费尔德布朗效应离子推进器的侧表面贯穿开设有螺孔，所述螺孔的内侧螺纹连接有螺栓，所述末级别费尔德布朗效应离子推进器的侧表面贯穿开设有长形腰孔，所述长形腰孔与螺孔位于同一水平线，所述长形腰孔套设在螺栓的外表面。
5.为了实现首级别费尔德布朗效应离子推进器与收集加密入口的连接功能，本发明的改进有，所述首级别费尔德布朗效应离子推进器的前端设置有喇叭形进气收集加密入口，所述首级别费尔德布朗效应离子推进器与喇叭形进气收集加密入口通过螺丝固定连接。
6.为了对拉瓦尔尾喷管的组成进行限定，本发明的改进有，所述末级别费尔德布朗效应离子推进器的后端装有拉瓦尔尾喷管，所述拉瓦尔尾喷管由中间收缩喉道和尾部扩张喷管组成。
7.为了将尾部超声速气流的内部压力更有效的转化为发动机推力输出，本发明的改进有，所述中间收缩喉道和尾部扩张喷管固定连接，所述中间收缩喉道位于尾部扩张喷管的前端。
8.为了给限位工作提供前置条件，本发明的改进有，所述末级别费尔德布朗效应离子推进器的内侧前端装有限位凸台，所述首级别费尔德布朗效应离子推进器的后端装有末
端。
9.为了实现首级别费尔德布朗效应离子推进器和末级别费尔德布朗效应离子推进器之间的限位功能，本发明的改进有，所述末端位于限位凸台之间，所述限位凸台与末端相贴合。
10.为了进一步补充末级离子推进器的可利用工质，本发明的改进有，所述首级别费尔德布朗效应离子推进器和末级别费尔德布朗效应离子推进器之间设置有侧吸进气道，所述侧吸进气道由前端外壳和凹口组成。
11.为了构建侧吸进气道的进气结构，本发明的改进有，所述前端外壳装在末级别费尔德布朗效应离子推进器的前端，所述凹口开设在末端的上表面，所述前端外壳的形状为空心梯形，所述前端外壳套设在末端的外表面。
12.为了实现对于首级别费尔德布朗效应离子推进器和末级别费尔德布朗效应离子推进器的控制功能，本发明的改进有，所述首级别费尔德布朗效应离子推进器的外表面装有首级控制柄和首级控制面板，所述末级别费尔德布朗效应离子推进器的外表面装有末级控制柄和末级控制面板。
13.与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
14.1、本发明，通过设置了首级别费尔德布朗效应离子推进器、末级别费尔德布朗效应离子推进器、螺栓和长形腰孔，能够通过螺栓和长形腰孔的结构组合，实现首级别费尔德布朗效应离子推进器、末级别费尔德布朗效应离子推进器之间的间距调节以及固定功能，以此降低首级推进器末端集电极与末级推进器前端发射极之间的电场强度，抑制双级离子发动机中离子返流，将首级别费尔德布朗效应离子推进器、末级别费尔德布朗效应离子推进器调节为最合理间距。
15.2、本发明，通过设置了喇叭形进气收集加密入口、侧吸进气道、前端外壳、凹口、拉瓦尔尾喷管、中间收缩喉道、尾部扩张喷管，能够通过喇叭形进气收集加密入口，实现高速状态下高密度进气的功能，使得吸气式离子发动机获得更多的可利用工作介质，通过侧吸进气道、前端外壳、凹口、拉瓦尔尾喷管的结构组合，进一步补充了末级离子推进器的可利用工质，最终提高了发动机整体的工质流率和推力输出，通过拉瓦尔尾喷管、中间收缩喉道、尾部扩张喷管的结构组合，将尾部超声速气流的内部压力，更有效转化为发动机推力输出。
附图说明
16.图1为本发明提出一种可调距吸气式双级离子发动机的整体部件示意图；
17.图2为本发明提出一种可调距吸气式双级离子发动机的首级别费尔德布朗效应离子推进器部分结构示意图；
18.图3为本发明提出一种可调距吸气式双级离子发动机的末级别费尔德布朗效应离子推进器部分结构示意图；
19.图4为本发明提出一种可调距吸气式双级离子发动机的侧视角剖视示意图。
20.图例说明：
21.1、首级别费尔德布朗效应离子推进器；2、末级别费尔德布朗效应离子推进器；3、拉瓦尔尾喷管；4、喇叭形进气收集加密入口；5、长形腰孔；6、螺栓；7、凹口；8、限位凸台；9、
末端；10、侧吸进气道；11、前端外壳；12、中间收缩喉道；13、尾部扩张喷管。
具体实施方式
22.为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
23.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。
24.实施例一
25.请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种可调距吸气式双级离子发动机，包括首级别费尔德布朗效应离子推进器1和末级别费尔德布朗效应离子推进器2，首级别费尔德布朗效应离子推进器1的外表面装有首级控制柄和首级控制面板，末级别费尔德布朗效应离子推进器2的外表面装有末级控制柄和末级控制面板，该种设计的目的是为了实现对于首级别费尔德布朗效应离子推进器1和末级别费尔德布朗效应离子推进器2的控制功能，末级别费尔德布朗效应离子推进器2的内侧前端装有限位凸台8，首级别费尔德布朗效应离子推进器1的后端装有末端9，末端9位于限位凸台8之间，限位凸台8与末端9相贴合，该种设计是为了对首级别费尔德布朗效应离子推进器1和末级别费尔德布朗效应离子推进器2的活动轨迹进行限定，限制了发动机两级推进器之间的个自由度，除了允许首级别费尔德布朗效应离子推进器1和末级别费尔德布朗效应离子推进器2之间只能进行轴向滑移的前后调距运动，以便实现调距功能外，这种设计方式还可防止首级别费尔德布朗效应离子推进器1和末级别费尔德布朗效应离子推进器2之间的连接不稳定的情况发生，首级别费尔德布朗效应离子推进器1的侧表面贯穿开设有螺孔，螺孔的内侧螺纹连接有螺栓6，该种设计是为了实现螺栓6的打入深度调节功能，末级别费尔德布朗效应离子推进器2的侧表面贯穿开设有长形腰孔5，长形腰孔5与螺孔位于同一水平线，长形腰孔5套设在螺栓6的外表面，通过螺栓6在长形腰孔5内侧的滑动，能够实现首级别费尔德布朗效应离子推进器1与末级别费尔德布朗效应离子推进器2的间距调节功能，并通过螺栓6的进一步打入完成固定，以此降低首级推进器末端9集电极与末级推进器前端发射极之间的电场强度，抑制双级离子发动机中离子返流，将首级别费尔德布朗效应离子推进器1、末级别费尔德布朗效应离子推进器2调节为最合理间距。
26.实施例二
27.请参阅图2-4，首级别费尔德布朗效应离子推进器1的前端设置有喇叭形进气收集加密入口4，首级别费尔德布朗效应离子推进器1与喇叭形进气收集加密入口4通过螺丝固定连接，通过喇叭形进气收集加密入口4，实现高速状态下高密度进气的功能，使得吸气式离子发动机获得更多的可利用工作介质，末级别费尔德布朗效应离子推进器2的后端装有拉瓦尔尾喷管3，拉瓦尔尾喷管3由中间收缩喉道12和尾部扩张喷管13组成，中间收缩喉道12和尾部扩张喷管13固定连接，中间收缩喉道12位于尾部扩张喷管13的前端，通过拉瓦尔尾喷管3、中间收缩喉道12、尾部扩张喷管13的结构组合，能够将尾部超声速气流的内部压力，更有效转化为发动机推力输出，首级别费尔德布朗效应离子推进器1和末级别费尔德布
朗效应离子推进器2之间设置有侧吸进气道10，侧吸进气道10由前端外壳11和凹口7组成，前端外壳11装在末级别费尔德布朗效应离子推进器2的前端，凹口7开设在末端9的上表面，前端外壳11的形状为空心梯形，前端外壳11套设在末端9的外表面，该种设计是为了构建侧吸进气道10的进气结构，进一步补充末级离子推进器的可利用工质，最终提高发动机整体的工质流率和推力输出。
28.工作原理：在组合过程中，首先通过限位凸台8与末端9，对首级别费尔德布朗效应离子推进器1和末级别费尔德布朗效应离子推进器2的活动轨迹进行限定，限制了发动机两级推进器之间的个自由度，除了允许首级别费尔德布朗效应离子推进器1和末级别费尔德布朗效应离子推进器2之间只能进行轴向滑移的前后调距运动，以便实现调距功能外，这种设计方式还可防止首级别费尔德布朗效应离子推进器1和末级别费尔德布朗效应离子推进器2之间的连接不稳定的情况发生，而后通过螺栓6在长形腰孔5内侧的滑动，能够实现首级别费尔德布朗效应离子推进器1与末级别费尔德布朗效应离子推进器2的间距调节功能，并通过螺栓6的进一步打入完成固定，以此降低首级推进器末端9集电极与末级推进器前端发射极之间的电场强度，抑制双级离子发动机中离子返流，将首级别费尔德布朗效应离子推进器1、末级别费尔德布朗效应离子推进器2调节为最合理间距，在运作过程中，通过喇叭形进气收集加密入口4，实现高速状态下高密度进气的功能，使得吸气式离子发动机获得更多的可利用工作介质，通过侧吸进气道10、前端外壳11、凹口7、拉瓦尔尾喷管3的结构组合，进一步补充了末级离子推进器的可利用工质，最终提高了发动机整体的工质流率和推力输出，通过拉瓦尔尾喷管3、中间收缩喉道12、尾部扩张喷管13的结构组合，将尾部超声速气流的内部压力，更有效转化为发动机推力输出。
29.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。