技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于電推進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種磁場可調(diào)的帶磁屏蔽效應(yīng)的低功率霍爾推力器。

背景技術(shù)：
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電推進(jìn)是一種將電能轉(zhuǎn)化為推進(jìn)劑的動能，以獲得推力的先進(jìn)推進(jìn)方式，相對于傳統(tǒng)化學(xué)推進(jìn)方式而言，電推進(jìn)具有比沖高、控制精度高、壽命長等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過六十年的發(fā)展，國際上千瓦級霍爾和離子電推進(jìn)技術(shù)已經(jīng)日趨成熟。

但是隨著國內(nèi)航天任務(wù)需求的多樣化，小衛(wèi)星的發(fā)展越來越受到重視，霍爾推力器的低功率化過程中暴露出越來越多的問題。隨著尺寸的減小，放電通道表面積與體積比減小，造成壁面損失增加，效率下降，壁面腐蝕增加；同時，通道厚度變薄使得壽命縮短；還有體積更加的緊湊帶來的熱載荷問題等等；

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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為了解決上述問題，本發(fā)明提出一種磁場可調(diào)的帶磁屏蔽效應(yīng)的低功率霍爾推力器。主要包括端面散熱芯、陶瓷墊片、內(nèi)磁極、內(nèi)磁屏、陶瓷放電通道、外磁極、微調(diào)磁線圈、不銹鋼外殼、外磁屏、散熱盤、散熱銅環(huán)以及固定螺釘。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

出于低功耗的要求，本發(fā)明中所述的霍爾推力器選用永磁鐵(內(nèi)磁極3和外磁極6)作為強(qiáng)磁場的主要來源。永磁鐵的使用大大降低了霍爾推力器的功耗，使推力器的功耗不高于100w；此外還附加了微調(diào)磁線圈7用來調(diào)節(jié)磁場構(gòu)型，以適應(yīng)不同的工況；

本發(fā)明將磁屏蔽理論引入低功率霍爾推力器的設(shè)計(jì)中，使用永磁鐵產(chǎn)生強(qiáng)磁場，利用雙磁屏構(gòu)型(內(nèi)磁屏4和外磁屏6)在放電通道內(nèi)部形成磁屏蔽型磁場限制等離子體運(yùn)動，減弱對壁面的腐蝕，增加壽命；

本發(fā)明還設(shè)計(jì)了推力器內(nèi)部的導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)，主要包括端面散熱芯1、散熱盤10和散熱銅環(huán)15，人為控制推力器內(nèi)部熱量的傳輸方向，避免因?yàn)闊嶝?fù)載過高影響永磁鐵的性能。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：

1)本發(fā)明使用永磁鐵作為磁場來源，大大降低了磁場對功率損耗的要求，將功率降到100w以內(nèi)，在小衛(wèi)星平臺上有很好的應(yīng)用前景。

2)在低功率了霍爾通道內(nèi)部引入磁屏蔽構(gòu)型的磁場，利用磁屏蔽的等電子溫度和等熱化電勢的理論，降低等離子體對通道壁面的轟擊，降低壁面損失，同時延長推力器壽命；

3)增加磁線圈，可以根據(jù)工況的變化靈活調(diào)節(jié)通道內(nèi)磁場形狀和大小，使推力器在不同的工況下均工作在最佳的磁場條件下；

4)圍繞放電通道設(shè)計(jì)散熱結(jié)構(gòu)，使通道和陽極壁面上沉積的熱流繞過永磁鐵(內(nèi)磁極3和外磁極6)，導(dǎo)向不銹鋼外殼8和散熱盤10，然后通過傳導(dǎo)和輻射導(dǎo)向艙體，保證永磁鐵的磁性不被破壞；

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的一種磁場可調(diào)的帶磁屏蔽效應(yīng)的低功率霍爾推力器的裝配圖(沿推力器對稱軸剖視)。

圖2為有磁屏蔽效果(有內(nèi)磁屏4)磁場構(gòu)型圖(只顯示對稱軸一側(cè)磁場)；

圖3為無磁屏蔽效果(無內(nèi)磁屏4)磁場構(gòu)型圖(只顯示對稱軸一側(cè)磁場)；

圖中：

1.端面散熱芯2.陶瓷墊片3.內(nèi)磁極

4.內(nèi)磁屏5.陶瓷放電通道6.外磁極

7.微調(diào)磁線圈8.不銹鋼外殼9外磁屏

10.散熱盤11.絕緣陶瓷套管12.進(jìn)氣管

13.固定螺釘14.線圈骨架15.分配器-下底

16.分配器-上底17.散熱銅環(huán)

注：其中絕緣陶瓷套管、進(jìn)氣管、分配器-下底、分配器-上底以及分配器安裝方式不屬于本發(fā)明，該部件的結(jié)構(gòu)特征在本人另一專利《一種電推進(jìn)發(fā)動機(jī)氣體分配器》中進(jìn)行了詳細(xì)的敘述，本發(fā)明只是使用了該零件。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖1對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行說明。

具體實(shí)施方式一：本發(fā)明為一種磁場可調(diào)的帶磁屏蔽效應(yīng)的低功率霍爾推力器，主要部件包括端面散熱芯1、陶瓷墊片2、內(nèi)磁極3、內(nèi)磁屏4、陶瓷放電通道5、外磁極6、微調(diào)磁線圈7、不銹鋼外殼8、外磁屏9、散熱盤10、絕緣陶瓷套管11、進(jìn)氣管12、固定螺釘13、線圈骨架14、分配器-下底15、分配器-上底16、散熱銅環(huán)17。

將四個絕緣陶瓷套管11插入散熱銅盤10上的4mm直徑小孔。

以銅制散熱盤10為基準(zhǔn)，先后將環(huán)形凹槽狀的外磁屏9、散熱銅環(huán)17和環(huán)形凹槽狀的內(nèi)磁屏4套在散熱銅盤10的中心軸上邊，以散熱銅盤10平面為左限位，四個絕緣陶瓷套管11為周向限位。散熱銅環(huán)17在起到改善熱流傳遞效果的同時，對內(nèi)磁屏4進(jìn)行徑向限位，保證安裝過程的配合關(guān)系。內(nèi)外磁屏由1j22材料制成，有良好的導(dǎo)磁性能，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度高，且高溫下導(dǎo)磁性能優(yōu)于其他導(dǎo)磁材料。

將耐高溫銅線均勻纏繞在銅制線圈骨架14上，將纏繞好的微調(diào)磁線圈7和線圈骨架14整體放入內(nèi)磁屏4和外磁屏9之間的環(huán)裝空間。線圈骨架14側(cè)面留有穿線凹槽，微調(diào)磁線圈7引出線經(jīng)過凹槽，通過外磁屏9和散熱銅盤10上留有的穿線孔引到推力器外，方便電路連接。

將smco材質(zhì)的內(nèi)磁極3放入由內(nèi)磁屏4和散熱銅環(huán)17、外磁屏9以及散熱盤10形成的圓柱狀空間，散熱盤10中心軸的端面作為內(nèi)磁極3的左限位，內(nèi)磁屏4的壁面作為內(nèi)磁極3的徑向定位。內(nèi)磁極3的充磁方向?yàn)檠剌S向向左，剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.9t。

將smco材質(zhì)的外磁極6外表面與外磁屏9的外表面對齊，外磁屏9的右端面作為外磁極6的左限位。外磁極6充磁方向?yàn)檠剌S向向右，剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.8t。

將陶瓷放電通道5放入內(nèi)磁屏4形成的環(huán)形凹槽內(nèi)，左端緊貼內(nèi)磁屏4，放電通道上的2.5mm直徑小孔應(yīng)與內(nèi)磁屏陶瓷絕緣套管11同心作為周向限位。

將陶瓷墊片2套在端面散熱芯1上，端面散熱芯1中心軸上加工螺紋，與散熱盤10中心軸上的螺紋孔進(jìn)行螺紋連接，端面散熱芯1壓緊陶瓷放電通道5的內(nèi)壁進(jìn)行軸向定位，同時通過陶瓷墊片2對內(nèi)磁極進(jìn)行軸向定位，螺紋連接保證壓緊力的同時減小了接觸熱阻，改善熱量傳遞。

將不銹鋼外殼8套在外磁極6和外磁屏9外表面，保證外磁極6的徑向定位，使用固定螺釘13提供壓緊力，壓緊陶瓷放電通道5外壁面，與端面散熱芯1共同對陶瓷放電通道5進(jìn)行軸向定位。

最后將組裝好的分配器(包括進(jìn)氣管12、分配器-下底15、分配器-上底16)放入陶瓷放電通道5(因?yàn)樵摬糠植粚儆诒景l(fā)明，所以具體組裝方式和固定方法次數(shù)不詳述)。

具體實(shí)施方式一形成的磁場如附圖2所示，磁感線沿著放電通道5壁面深入到陽極(分配器)16表面，形成磁屏蔽效果；

具體實(shí)施方式二：對比具體實(shí)施方式一，刪掉內(nèi)磁屏4，其他結(jié)構(gòu)形式與具體實(shí)施方式一相同，可以形成磁屏蔽效果較弱的低功率磁場可調(diào)霍爾推力器，進(jìn)行對比試驗(yàn)。形成的磁場如附圖3所示，磁感線主要為徑向分量，磁屏蔽效果較弱。

本發(fā)明點(diǎn)火步驟：

1)將本發(fā)明所述的推力器與空心陰極一同固定在實(shí)驗(yàn)臺上，進(jìn)行電路和氣路連接，在本發(fā)明中分配器(包括進(jìn)氣管12、分配器-下底15、分配器-上底16)充當(dāng)電推力器的陽極和氣體分配器；

2)空心陰極供電除氣激活；

3)分別對推力器和空心陰極供應(yīng)氙氣，推力器陽極、空心陰極觸持極供電；

4)空心陰極加熱絲供電，進(jìn)行點(diǎn)火；

5)推力器微調(diào)磁線圈7供電，調(diào)節(jié)磁場，尋找最佳工況。