專利名稱：能自清洗放電通道污染膜的霍爾推力器及其自清洗方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種霍爾推力器。
背景技術(shù)：
霍爾推力器屬于航天電推進(jìn)范疇，是電磁式電推進(jìn)的典型代表，具有結(jié)構(gòu)簡單、比沖高、效率高的特點。其結(jié)構(gòu)主要由勵磁回路、陰極、陽極、氣體分配器及放電通道構(gòu)成。其工作原理是在其放電通道內(nèi)近似徑向的磁場分布下，陽極和陰極之間的放電等離子體在通道內(nèi)將產(chǎn)生自洽的軸向電場。電子在電磁場作用下作周向的霍爾漂移運(yùn)動，并向陽極運(yùn)動； 在向陽極運(yùn)動過程中與從氣體分配器注入的推進(jìn)劑工質(zhì)原子發(fā)生碰撞并使其電離形成離子，離子在通道內(nèi)軸向電場的作用下被加速噴出放電通道，從而形成推力。目前，霍爾推力器的地面試驗均在高真空的真空罐中進(jìn)行，試驗中發(fā)現(xiàn)，霍爾推力器出口處高速噴出的離子流(約20000m/s的速度)轟擊到真空罐壁面會濺射出粒子，粒子會反流到放電通道內(nèi)，附著在放電通道壁面和陽極表面，在霍爾推力器工作上百小時后，放電通道壁面上會形成一層污染膜。形成的污染膜會影響到推進(jìn)劑的電離、加速等物理過程以及等離子體放電的穩(wěn)定性，使霍爾推力器地面性能水平不能真實地反映霍爾推力器在太空中的工作情況?，F(xiàn)有清除該污染膜主要通過手工打磨陶瓷套筒的方式，這種清除方法需要經(jīng)常打開真空罐進(jìn)行清理，易改變試驗裝置真空條件，而且拆裝霍爾推力器容易引起裝配誤差，對實驗結(jié)果產(chǎn)生較大影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有打開真空罐清理霍爾推力器放電通道污染膜的方法存在的易改變試驗裝置真空條件，以及在拆裝過程中易引起裝配誤差，對實驗結(jié)果產(chǎn)生較大影響的問題，而提出的能自清洗放電通道污染膜的霍爾推力器及其自清洗方法。能自清洗放電通道污染膜的霍爾推力器，它包括氣體分配器、陽極、陰極、放電電源、外線圈、內(nèi)線圈、附加線圈和放電通道；所述氣體分配器和陽極設(shè)置在放電通道內(nèi)部，所述氣體分配器設(shè)置在放電通道中的推進(jìn)劑噴射口處，所述氣體分配器的氣體入射口與推進(jìn)劑噴射口連通；所述陽極設(shè)置在放電通道中部；所述陰極設(shè)置在放電通道出口處；所述陽極連接放電電源的正極，所述陰極連接放電電源的負(fù)極；所述外線圈和內(nèi)線圈對稱設(shè)置在放電通道出口處的兩側(cè)；所述附加線圈橫向并列設(shè)置在內(nèi)線圈的一側(cè)；所述外線圈、內(nèi)線圈和附加線圈通電勵磁后形成勵磁回路；它還包括自清洗電源；所述自清洗電源的正極連接氣體分配器，所述自清洗電源的負(fù)極連接陽極；所述氣體分配器和陽極之間形成自清洗預(yù)電離電場。如上述能自清洗放電通道污染膜的霍爾推力器的自清洗方法，它由如下步驟完成步驟一預(yù)電離生成自清洗離子；在自清洗電源的作用下，放電通道內(nèi)的電子會由陽極向氣體分配器運(yùn)動，并從自清洗預(yù)電離電場中獲得動能；所述由陽極向氣體分配
3器運(yùn)動的電子會與從氣體分配器注入的推進(jìn)劑的原子發(fā)生碰撞，產(chǎn)生電離，生成自清洗離子；步驟二 所述自清洗離子在由外線圈、內(nèi)線圈和附加線圈形成的聚焦磁場或發(fā)散磁場作用下，轟擊放電通道的內(nèi)壁面或外壁面，清除附著在放電通道內(nèi)壁面或外壁面的污染膜，實現(xiàn)放電通道污染膜的自清洗。本申請所述能自清洗放電通道污染膜的霍爾推力器及其自清洗方法能夠自清洗放電通道9內(nèi)壁面和外壁面上附著的污染膜，無需打開真空罐進(jìn)行清理，使試驗裝置真空條件保持一致，避免了在拆裝過程中易引起裝配誤差，防止對實驗結(jié)果產(chǎn)生較大影響；本申請基于磁力線等電勢的特點，提出了自清洗放電通道污染膜的方法，通過預(yù)電離措施及調(diào)節(jié)勵磁電流改變磁場位形控制離子射流方向，從而實現(xiàn)自清洗的方法，霍爾推力器結(jié)構(gòu)無需變動，通過改變內(nèi)、外及附加線圈的大小，分別形成聚焦磁場和發(fā)散磁場，實現(xiàn)對內(nèi)壁面及外壁面的轟擊及清洗。


圖1為具體實施方式
一的電路原理圖；圖2為外線圈5、內(nèi)線圈6和附加線圈7形成的聚焦磁場位形圖；圖3為外線圈5、內(nèi)線圈6和附加線圈7形成的發(fā)散磁場位形圖。
具體實施例方式具體實施方式
一結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式所述的能自清洗放電通道污染膜的霍爾推力器，它包括氣體分配器1、陽極2、陰極3、放電電源4、外線圈5、內(nèi)線圈 6、附加線圈7和放電通道9 ；所述氣體分配器1和陽極2設(shè)置在放電通道9內(nèi)部，所述氣體分配器1設(shè)置在放電通道9中的推進(jìn)劑A噴射口處，所述氣體分配器1的氣體入射口與推進(jìn)劑A噴射口連通；所述陽極2設(shè)置在放電通道9中部；所述陰極3設(shè)置在放電通道出口處；所述陽極2連接放電電源4的正極，所述陰極連接放電電源4的負(fù)極；所述外線圈5和內(nèi)線圈6對稱設(shè)置在放電通道9出口處的兩側(cè)；所述附加線圈7橫向并列設(shè)置在內(nèi)線圈6 的一側(cè)；所述外線圈5、內(nèi)線圈6和附加線圈7通電勵磁后形成勵磁回路，在放電通道9中形成磁場；它還包括自清洗電源8 ；所述自清洗電源8的正極連接氣體分配器1，所述自清洗電源8的負(fù)極連接陽極2 ；所述氣體分配器1和陽極2之間形成自清洗預(yù)電離電場。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一不同點在于所述自清洗電源8采用30-50V的恒壓電源。其它組成和連接方式與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式如具體實施方式
二所述的能自清洗放電通道污染膜的霍爾推力器的自清洗方法，它由如下步驟完成步驟一預(yù)電離生成自清洗離子；在自清洗電源8的作用下，放電通道9內(nèi)的電子會由陽極2向氣體分配器1運(yùn)動，并從自清洗預(yù)電離電場中獲得動能；所述由陽極2向氣體分配器1運(yùn)動的電子會與從氣體分配器1注入的推進(jìn)劑A的原子發(fā)生碰撞，產(chǎn)生電離，生成自清洗離子；步驟二 所述自清洗離子在由外線圈5、內(nèi)線圈6和附加線圈7形成的聚焦磁場或發(fā)散磁場作用下，轟擊放電通道9的內(nèi)壁面或外壁面，清除附著在放電通道9內(nèi)壁面或外壁面的污染膜，實現(xiàn)放電通道9污染膜的自清洗。
具體實施方式
四結(jié)合圖2說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式
三不同點在于步驟二中外線圈5、內(nèi)線圈6和附加線圈7形成的聚焦磁場時，所述外線圈5、內(nèi)線圈 6和附加線圈7之間的安匝數(shù)比為1 0 40。其它參數(shù)與具體實施方式
三相同。
具體實施方式
五結(jié)合圖3說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式
三不同點在于步驟二中外線圈5、內(nèi)線圈6和附加線圈7形成的發(fā)散磁場時，所述外線圈5、內(nèi)線圈 6和附加線圈7之間的安匝數(shù)比為12 3 2。其它參數(shù)與具體實施方式
三相同。本發(fā)明的工作原理通過連接在氣體分配器1和陽極2之間的自清洗電源8提供一個30-50V的恒壓電源，導(dǎo)致放電通道9內(nèi)的一部分電子從陽極2向氣體分配器1運(yùn)動， 在運(yùn)動過程中從自清洗預(yù)電離電場中獲能，獲得能量的高能電子會與從氣體分配器1注入的推進(jìn)劑A的原子發(fā)生碰撞，產(chǎn)生電離，生成自清洗離子，生成的自清洗離子在由外線圈5、 內(nèi)線圈6和附加線圈7形成的聚焦磁場的控制下能夠?qū)Ψ烹娡ǖ?的內(nèi)壁面進(jìn)行轟擊，達(dá)到清洗附著在內(nèi)壁面上的污染膜的目的，在由外線圈5、內(nèi)線圈6和附加線圈7形成的發(fā)散磁場的控制下能夠?qū)Ψ烹娡ǖ?的外壁面進(jìn)行轟擊，達(dá)到清洗附著在外壁面上的污染膜的目的。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明所提交的權(quán)利要求書確定的專利保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.能自清洗放電通道污染膜的霍爾推力器，它包括氣體分配器(1)、陽極O)、陰極 (3)、放電電源(4)、外線圈(5)、內(nèi)線圈(6)、附加線圈(7)和放電通道(9)；所述氣體分配器(1)和陽極( 設(shè)置在放電通道(9)內(nèi)部，所述氣體分配器(1)設(shè)置在放電通道(9)中的推進(jìn)劑(A)噴射口處，所述氣體分配器(1)的氣體入射口與推進(jìn)劑(A)噴射口連通；所述陽極(2)設(shè)置在放電通道(9)中部；所述陰極C3)設(shè)置在放電通道出口處；所述陽極( 連接放電電源的正極，所述陰極⑶連接放電電源的負(fù)極；所述外線圈(5)和內(nèi)線圈(6) 對稱設(shè)置在放電通道(9)出口處的兩側(cè)；所述附加線圈(7)橫向并列設(shè)置在內(nèi)線圈(6)的一側(cè)；所述外線圈(5)、內(nèi)線圈(6)和附加線圈(7)通電勵磁后形成勵磁回路，在放電通道 (9)中形成磁場；其特征在于它還包括自清洗電源(8)；所述自清洗電源(8)的正極連接氣體分配器(1)，所述自清洗電源(8)的負(fù)極連接陽極O)；所述氣體分配器(1)和陽極(2) 之間形成自清洗預(yù)電離電場。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能自清洗放電通道污染膜的霍爾推力器，其特征在于所述自清洗電源⑶采用30-50V的恒壓電源。
3.如權(quán)利要求2所述的能自清洗放電通道污染膜的霍爾推力器的自清洗方法，其特征在于它由如下步驟完成步驟一預(yù)電離生成自清洗離子；在自清洗電源⑶的作用下，放電通道(9)內(nèi)的電子會由陽極O)向氣體分配器(1)運(yùn)動，并從自清洗預(yù)電離電場中獲得動能；所述由陽極(2) 向氣體分配器(1)運(yùn)動的電子會與從氣體分配器(1)注入的推進(jìn)劑(A)的原子發(fā)生碰撞， 產(chǎn)生電離，生成自清洗離子；步驟二 所述自清洗離子在由外線圈(5)、內(nèi)線圈(6)和附加線圈(7)形成的聚焦磁場或發(fā)散磁場作用下，轟擊放電通道(9)的內(nèi)壁面或外壁面，清除附著在放電通道(9)內(nèi)壁面或外壁面的污染膜，實現(xiàn)放電通道(9)污染膜的自清洗。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的能自清洗放電通道污染膜的霍爾推力器的自清洗方法，其特征在于步驟二中外線圈(5)、內(nèi)線圈(6)和附加線圈(7)形成的聚焦磁場時，所述外線圈 (5)、內(nèi)線圈(6)和附加線圈(7)之間的安匝數(shù)比為1 0 40。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的能自清洗放電通道污染膜的霍爾推力器的自清洗方法，其特征在于步驟二中外線圈(5)、內(nèi)線圈(6)和附加線圈(7)形成的發(fā)散磁場時，所述外線圈 (5)、內(nèi)線圈(6)和附加線圈(7)之間的安匝數(shù)比為12 3 2。
全文摘要
能自清洗放電通道污染膜的霍爾推力器及其自清洗方法，它涉及霍爾推力器。它為解決現(xiàn)有打開真空罐清理霍爾推力器放電通道污染膜的方法存在的易改變試驗裝置真空條件，以及在拆裝過程中易引起裝配誤差，對實驗結(jié)果產(chǎn)生較大影響的問題而提出。陽極設(shè)置在放電通道中部；陰極設(shè)置在放電通道出口處；外線圈和內(nèi)線圈對稱設(shè)置在放電通道出口處的兩側(cè)；外線圈、內(nèi)線圈和附加線圈通電勵磁后形成勵磁回路；通過增加自清洗電源在氣體分配器和陽極之間形成自清洗預(yù)電離電場。清洗方法一生成自清洗離子；二自清洗離子轟擊內(nèi)壁面或外壁面，實現(xiàn)放電通道污染膜的自清洗。它通過改變磁場位形控制離子射流方向，從而實現(xiàn)自清洗的方法，推力器結(jié)構(gòu)無需變動。
文檔編號B08B13/00GK102493937SQ20111042153
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者丁永杰, 于達(dá)仁, 孫百峰, 寧中喜 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)