CN104863811B - 负粒子推力器 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种负粒子推力器。本发明推力器，包括：圆形基板、正电极、负电极、电磁线圈、引出栅和加速栅；所述正电极一端固定于所述基板上的凹槽内，另一端与所述引出栅连接，所述加速栅位于所述引出栅的另一侧，所述引出栅用于引出正离子和负粒子，所述加速栅极用于加速所述正离子和所述负粒子，所述负电极固定于所述基板圆心处的凹槽内，所述正电极、负电极用于电离工质气体，在所述正电极与所述负电极之间的圆环上设置有气孔，所述气孔用于引入工质气体；所述正电极、负电极外部环绕有电磁线圈，所述电磁线圈用于产生磁场约束电子。本发明实施例满足了空间飞行器对大推力动力系统的需求。
Description
技术领域
本发明实施例涉及航天电推进技术领域，尤其涉及一种负粒子推力器。
背景技术
航天技术又称空间技术，是一项探索、开发和利用太空以及地球以外天体的综合性工程技术，是一个国家现代技术综合发展水平的重要标志。在地球大气层以外的宇宙空间，基本上是按照天体力学规律运行的各类飞行器，又称空间飞行器。航天器是执行航天任务的主体，是航天系统的主要组成部分。
对于一个航天器来说最重要的部分就是其动力系统，动力系统的优劣决定了航天器所能执行的任务。衡量航天器动力系统的一个重要的指标是其所能提供的推力。根据动量原理，飞行器获得的动量与推进剂离开它的动量大小相等方向相反，即p＝mv。因此提高动量有两个途径，一个是提高排气速度，但是，目前受限于推力器设备的客观条件，提高排气速度，不仅成本高，也比较困难。
发明内容
本发明实施例提供一种负粒子推力器，以克服现有技术中飞行器的动力推进系统提供的推力不足，排气速度不够的技术问题。
本实施例的负粒子推力器，包括：
圆形基板、正电极、负电极、引出栅和加速栅；
所述正电极一端固定于所述基板上的凹槽内，另一端与所述引出栅连接，所述加速栅位于所述引出栅的另一侧，所述引出栅用于引出正离子和负粒子，所述加速栅用于加速所述正离子和所述负粒子，所述负电极固定于所述基板圆心处的凹槽内，所述正电极、负电极用于电离工质气体，在所述正电极与所述负电极之间的圆环上设置有气孔，所述气孔用于引入所述工质气体；所述正电极外部环绕有电磁线圈，所述电磁线圈用于产生磁场约束电子。
进一步地，所述气孔为等间距的8个圆孔。
进一步地，所述工质气体为甲烷、硅烷和氙气的混合气体。
进一步地，所述引出栅的栅孔为直径1mm的圆孔。
进一步地，所述加速栅的栅孔为直径0.8mm的圆孔。
进一步地，所述引出栅和所述加速栅连通500V的交变电压，用于交替加速正离子和负离子的喷出。
本发明正电极一端固定于所述基板的凹槽内，另一端连接引出栅，加速栅在所述引出栅的另一侧，在正电极与负电极之间的圆环上设置有气孔，并且所述正电极与所述负电极外部环绕有电磁线圈，所述基板用于固定所述正电极、负电极，所述正电极、负电极用于电离工质气体，所述加速栅用于加速正离子和负粒子，所述引出栅用于引出所述正离子和负粒子，解决了现有电推进系统推力不足的问题。提高了动力推进系统的排气速度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明负粒子推力器剖面结构示意图；
图2为本发明的负粒子推力器栅极结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明一种负粒子推力器剖面结构示意图，如图1所示，本实施例的推力器可以包括：
圆形基板101、正电极102、负电极103、引出栅104和加速栅105；
所述正电极102一端固定于所述基板101上的凹槽内，另一端与所述引出栅104连接，所述加速栅105位于所述引出栅104的另一侧，所述引出栅104用于引出正离子和负粒子，所述加速栅105用于加速所述正离子和所述负粒子，所述负电极103固定于所述基板圆心处的凹槽内，所述正电极、负电极用于电离工质气体，在所述正电极102与所述负电极103之间的圆环上设置有气孔106，所述气孔用于引入所述工质气体；所述正电极、负电极外部环绕有电磁线圈，所述电磁线圈用于产生磁场。
进一步地，所述气孔为等间距的8个圆孔。
进一步地，所述工质气体为甲烷、硅烷和氙气的混合气体。
进一步地，所述引出栅的栅孔为直径1mm的圆孔。
进一步地，所述加速栅的栅孔为直径0.8mm的圆孔。
具体来说，本实施例中的基板用于支撑负粒子推力器的总体结构，设置于基板上的气孔将工质气体引入放电区域。其中，正电极的电势为0，负电极的电势为-200V，二者形成的电场将工质气体电离，激发等离子体。环绕于正电极、负电极外部的电磁线圈产生高强磁场进而约束电子，所述引出栅与加速栅组成的粒子加速系统通有500V的交变电压，分别用来加速正离子和负粒子。
该负粒子推力器工作时，甲烷、硅烷和氙气的混合气体通过基板上的气孔进入到放电区域，其中甲烷和硅烷在放电条件下会生成碳化硅固体颗粒，纳米微粒悬浮于辉光放电等离子体中，由于等离子体鞘层效应，颗粒表面被充电而携带负电荷，颗粒的荷电量取决于颗粒的表面积和等离子体的电子温度等参数。氙气在电场的作用下被电离成带正电的氙离子。
负粒子的引出，采用正电压偏置的栅状阳极形成阳极鞘层，以静电力牵引负粒子离开等离子体区。同时在等离子体区施加垂直于栅型阳极表面的静磁场，以磁约束方式抑制电子的引出。
引出的负粒子，其荷电量可达几十至数百基本电量，后续的加速阳极上施加适当的加速电压，便可实现足够的加速能量，形成负粒子束，产生推力。本实施例中，引出栅和所述加速栅连通500V的交变电压。
在引出栅极和加速电极上交替施加正负电压，从而引出束流交替正离子流和负粒子流，以保证引出束流的整体电中性。其中，栅极的结构如图2所示。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (6)
1.一种负粒子推力器，其特征在于，包括：
圆形基板、正电极、负电极、引出栅和加速栅；
所述正电极一端固定于所述基板上的凹槽内，另一端与所述引出栅连接，所述加速栅位于所述引出栅的另一侧，所述引出栅用于引出正离子和负粒子，所述加速栅用于加速所述正离子和所述负粒子，所述负电极固定于所述基板圆心处的凹槽内，所述正电极、负电极用于电离工质气体，在所述正电极与所述负电极之间的圆环上设置有气孔，所述气孔用于引入所述工质气体；所述正电极外部环绕有电磁线圈，所述电磁线圈用于产生磁场约束电子。
2.根据权利要求1所述的推力器，其特征在于，所述气孔为等间距的8个圆孔。
3.根据权利要求1或2所述的推力器，其特征在于，所述工质气体为甲烷、硅烷和氙气的混合气体。
4.根据权利要求1或2所述的推力器，其特征在于，所述引出栅的栅孔为直径1mm的圆孔。
5.根据权利要求1或2所述的推力器，其特征在于，所述加速栅的栅孔为直径0.8mm的圆孔。
6.根据权利要求1或2所述的推力器，其特征在于，所述引出栅和所述加速栅连通500V的交变电压，用于交替加速带正离子和负粒子的喷出。
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