多級會切磁場等離子體推動器的變截面通道的制作方法
【專利摘要】多級會切磁場等離子體推動器的變截面通道，本發(fā)明屬于會切磁場等離子體推動器領(lǐng)域，尤其涉及會切磁場等離子體推動器的變截面通道。本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有會切磁場等離子體推動器直通道壁面容易出現(xiàn)氣體工質(zhì)逸漏的問題。等離子體推動器的陶瓷通道內(nèi)側(cè)壁沿陶瓷通道的軸向方向嵌固有n個圓環(huán)形的凸臺，n個凸臺的內(nèi)側(cè)壁均為圓柱面，或n個凸臺的軸向截面的內(nèi)側(cè)壁均呈拱形，其中n為正整數(shù)，本發(fā)明通過在通道內(nèi)部增加凸臺來改變截面，使等離子體推動器的陶瓷直通道壁面呈現(xiàn)出變截面的形式，這就使得氣體工質(zhì)在壁面處能夠充分電離，防止壁面氣體逸漏，從而消除出口可能存在的二次羽流。本方發(fā)明適用于會切磁場等離子體推動器中。
【專利說明】 多級會切磁場等離子體推動器的變截面通道
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于會切磁場等離子體推動器領(lǐng)域，尤其涉及會切磁場等離子體推動器的變截面通道。
【背景技術(shù)】
[0002]會切磁場等離子體推動器是目前國際涌現(xiàn)出的一類新型電推進(jìn)概念，與傳統(tǒng)電推進(jìn)裝置不同，它主要包括陶瓷放電通道和極性相反的永磁鐵，陰極釋放的電子在電磁場作用下做趨近于陽極的螺旋運動，此過程中陽極釋放氣體工質(zhì)與電子碰撞發(fā)生電離，電離出的離子會在軸向電場作用下加速噴出形成推力。由于軸向磁場的磁約束和磁尖端的磁鏡作用可避免電子與通道內(nèi)壁的碰撞，使得發(fā)動機壽命更長、推力和效率等性能更優(yōu)。然而，由于電子很難到達(dá)直通道壁面，這就使得氣體工質(zhì)在壁面處電離程度不充分，部分氣體工質(zhì)未被電離就排出，即壁面氣體工質(zhì)逸漏，從而造成電離不充分和氣體工質(zhì)利用率的下降，當(dāng)氣體工質(zhì)運動至出口磁尖端處，可能會在出口尖端處發(fā)生電離，引起二次羽流，致使羽流發(fā)散角的擴大，造成有效推力及其效率的下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有會切磁場等離子體推動器直通道壁面容易出現(xiàn)氣體工質(zhì)逸漏的問題，現(xiàn)提供多級會切磁場等離子體推動器的變截面通道。
[0004]本發(fā)明提供了兩種結(jié)構(gòu)的多級會切磁場等離子體推動器的變截面通道，其中:
[0005]第一種結(jié)構(gòu):多級會切磁場等離子體推動器的變截面通道，等離子體推動器的陶瓷通道內(nèi)側(cè)壁沿陶瓷通道的軸向方向嵌固有η個圓環(huán)形的凸臺，η個凸臺的內(nèi)側(cè)壁均為圓柱面，所述η個凸臺的內(nèi)徑與外徑的差值均在2mm至IOmm之間，η個凸臺的內(nèi)徑沿陶瓷通道的陽極至陰極逐漸增大，其中η為正整數(shù)。
[0006]第二種結(jié)構(gòu):多級會切磁場等離子體推動器的變截面通道，等離子體推動器的陶瓷通道內(nèi)部沿陶瓷通道的軸向方向嵌固有η個圓環(huán)形的凸臺，η個凸臺的軸向截面的內(nèi)側(cè)壁均呈拱形；η個凸臺的最小內(nèi)徑沿陶瓷通道的陽極至陰極逐漸增大，且保持η個凸臺的內(nèi)壁均不與等離子體推動器產(chǎn)生的磁力線相交；其中η為正整數(shù)。
[0007]本發(fā)明所述的多級會切磁場等離子體推動器的變截面通道，通過在通道內(nèi)部增加凸臺來改變截面，使等離子體推動器的陶瓷直通道壁面呈現(xiàn)出變截面的形式，這就使得氣體工質(zhì)在壁面處能夠充分電離，防止壁面氣體逸漏，從而消除出口可能存在的二次羽流，控制了羽流發(fā)散角的大小，使電離效率提高10%，推力提高了 15%，實現(xiàn)更高的比沖和效益。
[0008]同時，由于凸臺的使用在磁尖端處存在截面較大的不規(guī)則變化，會使氣體在此處形成一個渦流，增加了氣體的流動阻力，從而增加了氣體在磁尖端處的滯留時間，而磁尖端處是主要電離區(qū)，使氣體的電離率提高了 10%。此外，波浪曲面內(nèi)壁可改壁面層流流動為紊流流動，也能夠減緩氣體流動。
[0009]本方發(fā)明所述的多級會切磁場等離子體推動器的變截面通道，適用于會切磁場等 離子體推動器中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為【具體實施方式】一所述凸臺的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖2為圖1的A-A視圖。
[0012]圖3為【具體實施方式】二所述的多級會切磁場等離子體推動器的變截面通道的剖面圖，曲線A表示磁力線。
[0013]圖4為【具體實施方式】四所述凸臺的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖5為圖4的B-B視圖。
[0015]圖6為【具體實施方式】四所述的多級會切磁場等離子體推動器的變截面通道的剖面圖，曲線B表示磁力線。
【具體實施方式】
[0016]【具體實施方式】一:參照圖1、圖2和圖3具體說明本實施方式，本實施方式所述的多級會切磁場等離子體推動器的變截面通道，等離子體推動器的陶瓷通道內(nèi)側(cè)壁沿陶瓷通道的軸向方向嵌固有η個圓環(huán)形的凸臺I, η個凸臺I的內(nèi)側(cè)壁均為圓柱面,所述η個凸臺I的內(nèi)徑與外徑的差值均在2mm至IOmm之間，η個凸臺I的內(nèi)徑沿陶瓷通道的陽極至陰極逐漸增大，其中η為正整數(shù)。
[0017]本實施方式中，所述凸臺的內(nèi)徑與外徑的差值太大會影響離子的軸向運動，太小則對壁面氣體逸漏現(xiàn)象的改善不明顯，因此在2_至10_之間為最優(yōu)值。
[0018]【具體實施方式】二:本實施方式是對【具體實施方式】一所述的多級會切磁場等離子體推動器的變截面通道作進(jìn)一步說明，本實施方式中，每個凸臺I均對應(yīng)在相鄰的兩個磁極之間的磁尖端。
[0019]凸臺位于陶瓷通道磁尖端能夠提高電離效率。
[0020]【具體實施方式】三:本實施方式是對【具體實施方式】一所述的多級會切磁場等離子體推動器的變截面通道作進(jìn)一步說明，本實施方式中，所述等離子體推動器的陶瓷通道的內(nèi)
壁呈波浪形。
[0021]當(dāng)采用直圓環(huán)凸臺時，陶瓷通道內(nèi)壁做成波浪曲面，能夠使壁面氣體流動為紊流，更充分的電離壁面氣體。
[0022]【具體實施方式】四:參照圖4、圖5和圖6具體說明本實施方式，本實施方式所述的多級會切磁場等離子體推動器的變截面通道，等離子體推動器的陶瓷通道內(nèi)部沿陶瓷通道的軸向方向嵌固有η個圓環(huán)形的凸臺I，η個凸臺I的軸向截面的內(nèi)側(cè)壁均呈拱形；η個凸臺I的最小內(nèi)徑沿陶瓷通道的陽極至陰極逐漸增大，且保持η個凸臺I的內(nèi)壁均不與等離子體推動器產(chǎn)生的磁力線相交；其中η為正整數(shù)。
[0023]本實施方式中，不同凸臺最小內(nèi)徑不同，且弧度和寬度也不同講個凸臺的最小內(nèi)徑沿陶瓷通道的陽極至陰極逐漸增大，呈現(xiàn)擴張型，以減小凸臺對等離子體，特別是離子的阻礙。
[0024]凸臺內(nèi)部曲線與磁力線平行，保持η個凸臺的內(nèi)壁均不與等離子體推動器產(chǎn)生的磁力線相交，能夠避免過多的電子與壁面的碰撞損失。[0025]【具體實施方式】五:本實施方式是對【具體實施方式】四所述的多級會切磁場等離子體推動器的變截面通道作進(jìn)一步說明，本實施方式中，每個凸臺I均對應(yīng)一級永磁鐵的中間部位。
[0026]本實施方式中，每個凸臺均對應(yīng)一級永磁鐵的中間部位，能夠避開磁尖端處較大的電離區(qū)，從而擴大磁尖端電離區(qū)的電離空間，提高電離效率。
[0027]【具體實施方式】六:本實施方式是對【具體實施方式】四所述的多級會切磁場等離子體推動器的變截面通道作進(jìn)一步說明，本實施方式中，在等離子體推動器的陶瓷通道內(nèi)部的磁尖端設(shè)有導(dǎo)磁體。
[0028]【具體實施方式】七:本實施方式是對【具體實施方式】六所述的多級會切磁場等離子體推動器的變截面通道作進(jìn)一步說明，本實施方式中，所述導(dǎo)磁體的材料為純鐵。
[0029]【具體實施方式】八:本實施方式是對【具體實施方式】一或四所述的多級會切磁場等離子體推動器的變截面通道作進(jìn)一步說明，本實施方式中，η個凸臺I的材料與陶瓷通道的材料均為氮化硼。
[0030]【具體實施方式】九:本實施方式是對【具體實施方式】一或四所述的多級會切磁場等離子體推動器的變截面通道作進(jìn)一步說明，本實施方式中，所述η個凸臺I與陶瓷通道成一體式結(jié)構(gòu)。
[0031]為保證發(fā)動機安全可靠，將凸臺與發(fā)動機陶瓷通道做成整體式，可通過熱壓燒結(jié)實現(xiàn)，或者使用高溫陶瓷粘結(jié)劑，將凸臺與陶瓷通道粘結(jié)成為一體。而波浪曲面內(nèi)壁也可通過制作相應(yīng)模具熱壓成形。
【權(quán)利要求】
1.多級會切磁場等離子體推動器的變截面通道，其特征在于，等離子體推動器的陶瓷通道內(nèi)側(cè)壁沿陶瓷通道的軸向方向嵌固有η個圓環(huán)形的凸臺(l)，n個凸臺(I)的內(nèi)側(cè)壁均為圓柱面，所述η個凸臺(I)的內(nèi)徑與外徑的差值均在2mm至IOmm之間,η個凸臺(I)的內(nèi)徑沿陶瓷通道的陽極至陰極逐漸增大，其中η為正整數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級會切磁場等離子體推動器的變截面通道，其特征在于，每個凸臺(I)均對應(yīng)在相鄰的兩個磁極之間的磁尖端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級會切磁場等離子體推動器的變截面通道，其特征在于，所述等離子體推動器的陶瓷通道的內(nèi)壁呈波浪形。
4.多級會切磁場等離子體推動器的變截面通道，其特征在于，等離子體推動器的陶瓷通道內(nèi)部沿陶瓷通道的軸向方向嵌固有η個圓環(huán)形的凸臺(1)，η個凸臺(I)的軸向截面的內(nèi)側(cè)壁均呈拱形；η個凸臺(I)的最小內(nèi)徑沿陶瓷通道的陽極至陰極逐漸增大，且保持η個凸臺(I)的內(nèi)壁均不與等離子體推動器產(chǎn)生的磁力線相交；其中η為正整數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多級會切磁場等離子體推動器的變截面通道，其特征在于，每個凸臺(I)均對應(yīng)一級永磁鐵的中間部位。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多級會切磁場等離子體推動器的變截面通道，其特征在于，在等離子體推動器的陶瓷通道內(nèi)部的磁尖端設(shè)有導(dǎo)磁體。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多級會切磁場等離子體推動器的變截面通道，其特征在于，所述導(dǎo)磁體的材料為純鐵。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的多級會切磁場等離子體推動器的變截面通道，其特征在于，η個凸臺(I)的材料與陶瓷通道的材料均為氮化硼。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的多級會切磁場等離子體推動器的變截面通道，其特征在于，所述η個凸臺(I)與陶瓷通道成一體式結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】F03H1/00GK103835905SQ201410074742
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月3日
【發(fā)明者】劉輝, 陳蓬勃, 于達(dá)仁, 馬成毓, 趙隱劍, 孫國順 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)