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CN108869222A - 一种射频离子推力器点火启动装置 - Google Patents

一种射频离子推力器点火启动装置 Download PDF

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CN108869222A CN201810709475.6A CN201810709475A CN108869222A CN 108869222 A CN108869222 A CN 108869222A CN 201810709475 A CN201810709475 A CN 201810709475A CN 108869222 A CN108869222 A CN 108869222A
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switch
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魏立秋
丁永杰
李鸿
于达仁
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Harbin Institute of Technology Shenzhen
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Harbin Institute of Technology Shenzhen
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    • F03H—PRODUCING A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

本发明提出了一种射频离子推力器点火启动装置，属于射频离子推力器技术领域，特别是涉及一种射频离子推力器点火启动装置。解决了现有射频离子推力器点火启动困难，需要电离室较高气体压力，点火瞬间消耗大量工质气体的问题。它包括冷阴极电子源、发射体、冷阴极供气管、限流电阻、点火开关、充电电阻、电容、加速电源、切换开关及电离室。它主要用于射频离子推力器点火启动。

Description

一种射频离子推力器点火启动装置
技术领域
本发明属于射频离子推力器技术领域，特别是涉及一种射频离子推力器点火启动装置。
背景技术
射频离子推力器是一种为空间飞行器提供动力的能量转换装置，这种推力器通过在线圈上通入射频电流，在电离室内部产生轴向磁场，继而感生出涡流电场，这种电磁场对离子的作用可以忽略，而电子可以获得足够能量以撞击中性原子，使其离化形成自持放电，电离室中的离子被离子光学系统加速喷出，形成羽流并产生推力，由中和器发射电子中和离子以维持外部的电中性。射频离子推力器的采用感应耦合放电的方式对工质进行电离，具有结构简单、易于小型化等优点；采用静电加速方式实现对工质的加速，因此具有比冲高、推力噪声小的优点；可通过改变射频输入功率、工质流量、栅极电压对推力进行调节，具有响应迅速、推力范围大、分辨率高等优点。
点火启动是射频离子推力器实际应用过程中的关键技术问题，由于射频放电在几帕到几十帕量级的电离室内气体密度较高，建立放电相对容易，但在小型射频离子推力器应用中，其气体流量通常只有几个sccm，电离室中压力只有10-1量级甚至更低，因此其点火启动异常困难，现有技术通常利用脉冲气压瞬间增加电离室的气体压力进行激发点火，使得离子推力器点火瞬间气体消耗量大幅增加，降低了推进系统的总冲量。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的问题，提出一种射频离子推力器点火启动装置。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种射频离子推力器点火启动装置，它包括冷阴极电子源、发射体、冷阴极供气管、限流电阻、点火开关、充电电阻、电容、加速电源、切换开关及电离室，所述电离室内设有冷阴极电子源，所述发射体位于冷阴极供气管前端，所述冷阴极供气管通过限流电阻和点火开关后与电容的一端相连，所述电容的另一端与加速电源的负极相连，所述冷阴极供气管通过限流电阻和点火开关后与充电电阻的一端相连，所述充电电阻的另一端与加速电源的正极相连，所述加速电源的负极与屏栅相连，所述加速电源通过切换开关后与加速栅相连，射频离子推力器点火启动前，加速电源通过充电电阻为电容充电，工质气体通过冷阴极电子源进入射频推力器电离室后断开切换开关闭合点火开关，电流通过限流电阻后击穿工质气体在冷阴极供气管与冷阴极电子源外壳间产生电弧，产生的电弧加热冷阴极供气管前端的发射体形成种子电子，种子电子进入电离室内为电离室内工质气体的离子化提供种子，断开点火开关闭合切换开关，离子在屏栅和加速栅之间被加速引出形成推力。更进一步的，所述点火开关与切换开关为单刀双置开关。
更进一步的，所述充电电阻的阻值为10Ω或15Ω。
更进一步的，所述限流电阻的阻值为10KΩ或20KΩ。
更进一步的，所述电容的容值为10μF或20μF。
通过在电离室内设置冷阴极电子源，将冷阴极电子源与感应耦合射频离子推力器供气系统进行一体化的设计，在点火瞬间通过高压击穿工质气体产生电弧，电弧加热冷阴极供气管前端的发射体，实现电子引出，为射频离子推力器点火启动提供种子电子，达到降低射频离子推力器点火启动条件的目的。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：解决了现有射频离子推力器点火启动困难，需要电离室较高压力，点火瞬间消耗大量工质气体的问题，本发明在点火启动过程中，不需要改变供气流量并瞬间消耗大量工质气体，该方法可实现在较宽的供气流量范围内射频离子推力器的点火启动。
附图说明
图1为本发明所述的一种射频离子推力器点火启动装置示意图
1-冷阴极电子源，2-发射体，3-冷阴极供气管，4-工质气体，5-限流电阻，6-点火开关，7-充电电阻，8-电容，9-加速电源，10-切换开关，11-屏栅，12-加速栅，13-电离室
具体实施方式
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、完整地阐述。
参见图1说明本实施方式，一种射频离子推力器点火启动装置，它包括冷阴极电子源1、发射体2、冷阴极供气管3、限流电阻5、点火开关6、充电电阻7、电容8、加速电源9、切换开关10及电离室13，所述电离室13内设有冷阴极电子源1，所述发射体2位于冷阴极供气管3前端，所述冷阴极供气管3通过限流电阻5和点火开关6后与电容8的一端相连，所述电容8的另一端与加速电源9的负极相连，所述冷阴极供气管3通过限流电阻5和点火开关6后与充电电阻7的一端相连，所述充电电阻7的另一端与加速电源9的正极相连，所述加速电源9的负极与屏栅11相连，所述加速电源9通过切换开关10后与加速栅12相连，射频离子推力器点火启动前，加速电源9通过充电电阻7为电容8充电，工质气体4通过冷阴极电子源1进入射频推力器电离室13后断开切换开关10闭合点火开关6，电流通过限流电阻5后击穿工质气体4在冷阴极供气管3与冷阴极电子源1外壳间产生电弧，产生的电弧加热冷阴极供气管3前端的发射体2形成种子电子，种子电子进入电离室13内为电离室13内工质气体4的离子化提供种子，断开点火开关6闭合切换开关10，离子在屏栅11和加速栅12之间被加速引出形成推力。
本发明所述种子电子在电场的作用下被引出到电离室13，电离室13内部存在由射频电流作用下产生的轴向磁场，继而感生出涡流电场，种子电子在涡旋电场作用下获得足够能量撞击中性原子，使其离子化形成自持放电。
本发明所述的点火开关6与切换开关10使用单刀双置开关，可以控制加速电源9向两个不同的方向输出，即一条通路闭合的同时另一条通路断开。电阻的阻值及电容的容值设定为：充电电阻7为10KΩ、限流电阻5为10Ω、电容8为10μF或充电电阻7为10KΩ、限流电阻5为15Ω、电容8为10μF或充电电阻7为20KΩ、限流电阻5为10Ω、电容8为20μF。
以上对本发明所提供的一种射频离子推力器点火启动装置，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种射频离子推力器点火启动装置，其特征在于：它包括冷阴极电子源(1)、发射体(2)、冷阴极供气管(3)、限流电阻(5)、点火开关(6)、充电电阻(7)、电容(8)、加速电源(9)、切换开关(10)及电离室(13)，所述电离室(13)内设有冷阴极电子源(1)，所述发射体(2)位于冷阴极供气管(3)前端，所述冷阴极供气管(3)通过限流电阻(5)和点火开关(6)后与电容(8)的一端相连，所述电容(8)的另一端与加速电源(9)的负极相连，所述冷阴极供气管(3)通过限流电阻(5)和点火开关(6)后与充电电阻(7)的一端相连，所述充电电阻(7)的另一端与加速电源(9)的正极相连，所述加速电源(9)的负极与屏栅(11)相连，所述加速电源(9)通过切换开关(10)后与加速栅(12)相连，射频离子推力器点火启动前，加速电源(9)通过充电电阻(7)为电容(8)充电，工质气体(4)通过冷阴极电子源(1)进入射频推力器电离室(13)后断开切换开关(10)闭合点火开关(6)，电流通过限流电阻(5)后击穿工质气体(4)在冷阴极供气管(3)与冷阴极电子源(1)外壳间产生电弧，产生的电弧加热冷阴极供气管(3)前端的发射体(2)形成种子电子，种子电子进入电离室(13)内为电离室(13)内工质气体(4)的离子化提供种子，断开点火开关(6)闭合切换开关(10)，离子在屏栅(11)和加速栅(12)之间被加速引出形成推力。
2.根据权利要求1所述的一种射频离子推力器点火启动装置，其特征在于：所述点火开关(6)与切换开关(10)为单刀双置开关。
3.根据权利要求1所述的一种射频离子推力器点火启动装置，其特征在于：所述充电电阻(7)的阻值为10KΩ或20KΩ。
4.根据权利要求1所述的一种射频离子推力器点火启动装置，其特征在于：所述限流电阻(5)的阻值为10Ω或15Ω。
5.根据权利要求1所述的一种射频离子推力器点火启动装置，其特征在于：所述电容(8)的容值为10μF或20μF。
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