本發(fā)明屬于霍爾推力器領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

霍爾推力器是目前應(yīng)用較為廣泛的電推進(jìn)裝置，與傳統(tǒng)化學(xué)推進(jìn)裝置比較，具有效率高，比沖高以及壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。其工作原理是：霍爾推力器通道內(nèi)存在相互正交的徑向磁場(chǎng)和軸向電場(chǎng)，從陰極發(fā)射到通道內(nèi)的電子受到磁場(chǎng)和電場(chǎng)的作用下向陽極漂移，與從氣體分配器噴出的工質(zhì)氣體發(fā)生碰撞電離，電離出的電子由于質(zhì)量小，被徑向磁場(chǎng)約束在通道內(nèi)，而離子質(zhì)量大，磁場(chǎng)基本對(duì)其不起作用，在軸向電場(chǎng)力的作用向通道出口加速噴出，從而產(chǎn)生推力。

霍爾推力器最初的磁屏為實(shí)心磁屏，如圖3所示，該霍爾推力器在工作過程中的熱量來源主要有兩部分組成，一部分是離子在電場(chǎng)力作用下向出口加速運(yùn)動(dòng)的過程中，沒有噴出通道外，而是濺射到壁面上，離子能量轉(zhuǎn)化為熱量；另一部分是電子受到電場(chǎng)和磁場(chǎng)的作用向陽極漂移，電子與陽極復(fù)合時(shí)產(chǎn)生的熱量。

這兩部分熱量使得陶瓷通道的壁面溫度較高，同時(shí)向磁路和線圈進(jìn)行熱傳導(dǎo)和熱輻射，導(dǎo)致磁路和線圈的溫度偏高，線圈溫度偏高會(huì)加速線圈絕緣皮老化甚至發(fā)生燒壞的現(xiàn)象，磁路溫度偏高會(huì)使得磁導(dǎo)率迅速下降，兩者的共同作用會(huì)改變推力器的磁場(chǎng)位型和磁場(chǎng)強(qiáng)度，進(jìn)而降低推力器的性能和工作穩(wěn)定性。

為了降溫，人們將霍爾推力器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，采用了大孔鏤空結(jié)構(gòu)的磁屏，如圖4所示，雖然起到了一定的降溫作用，但隨之帶來了新的問題，采用實(shí)心磁屏的霍爾推力器，其陶瓷通道內(nèi)磁場(chǎng)軸向分布圖如圖5所示的實(shí)線所示(起點(diǎn)為陶瓷通道底部)，在不同的角度其曲線基本無變化。而采用圖4所示的大孔鏤空結(jié)構(gòu)的磁屏的霍爾推力器則不同，其陶瓷通道內(nèi)磁場(chǎng)軸向分布在不同的角度會(huì)發(fā)生變化，圖5給出的0度角和45度角兩種情況下的磁場(chǎng)軸向分布，可見，在45度角度方向磁場(chǎng)與實(shí)心磁屏產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度變化趨勢(shì)有明顯差異，周對(duì)性較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有霍爾推力器散熱性差，降低推力器的性能和工作穩(wěn)定性問題，提供了一種霍爾推力器的鏤空磁屏結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明所述霍爾推力器的鏤空磁屏結(jié)構(gòu)包括內(nèi)磁屏、外磁屏和底板；內(nèi)磁屏和外磁屏為內(nèi)外嵌套的兩個(gè)圓筒形結(jié)構(gòu)，二者之間有徑向空隙，且二者均固定在底板的上圓表面，內(nèi)磁屏、外磁屏的圓心與底板的圓心重合；外磁屏的壁面沿周向均勻分布有n個(gè)矩形鏤空散熱孔，矩形鏤空散熱孔的長(zhǎng)度延伸方向?yàn)檩S向，n≥20。

優(yōu)選地，內(nèi)磁屏和外磁屏的頂沿平齊。

優(yōu)選地，內(nèi)磁屏和外磁屏的軸向高度相等。

優(yōu)選地，內(nèi)磁屏的軸向高度小于外磁屏的軸向高度，內(nèi)磁屏通過附加線圈架與底板固定。

優(yōu)選地，n個(gè)矩形鏤空散熱孔的周向?qū)挾戎驼纪獯牌羵?cè)壁周長(zhǎng)的1/2～3/4。

優(yōu)選地，n個(gè)矩形鏤空散熱孔的軸向高度占外磁屏軸向高度的3/5～4/5。

優(yōu)選地，底板的圓心位置設(shè)置有一號(hào)安裝孔，用于安裝霍爾推力器的內(nèi)線圈。

優(yōu)選地，底板的外沿部分設(shè)置有多個(gè)二號(hào)安裝孔，用于安裝霍爾推力器的外線圈。

優(yōu)選地，內(nèi)磁屏、外磁屏和底板采用高導(dǎo)磁材料實(shí)現(xiàn)。

優(yōu)選地，內(nèi)磁屏、外磁屏和底板采用電工純鐵DT4C實(shí)現(xiàn)。

霍爾推力器在工作過程中，離子對(duì)壁面的轟擊以及電子和陽極的復(fù)合會(huì)造成陶瓷通道內(nèi)大量熱量的沉積，使得陶瓷通道的溫度偏高，這部分熱量通過熱輻射將通道內(nèi)壁面的熱量傳遞到線圈上，通過熱傳導(dǎo)將熱量傳遞到外磁極和底板上，使得磁路結(jié)構(gòu)的溫度升高，進(jìn)而降低磁路的磁導(dǎo)率，甚至達(dá)到磁飽和的狀態(tài)，嚴(yán)重降低推力器的性能，同時(shí)線圈溫度太高會(huì)降低絕緣皮的使用壽命，甚至燒壞。因此，本發(fā)明通過熱傳導(dǎo)和熱輻射兩種方式緩和陶瓷通道的熱環(huán)境，提高推力器性能和工作穩(wěn)定性。

本發(fā)明帶來的有益效果是，通過采用鏤空的磁屏結(jié)構(gòu)，不僅起到了安裝陶瓷通道的作用，使得陶瓷通道外表面直接向空間環(huán)境輻射，增大了陶瓷通道的散熱能力，減小陶瓷通道向線圈和磁路的熱量傳遞，從而起到保護(hù)作用，降低線圈和磁路的溫度，提高推力器的壽命和工作穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述霍爾推力器的鏤空磁屏結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明所述霍爾推力器的鏤空磁屏結(jié)構(gòu)的霍爾推力器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是實(shí)心磁屏的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是大孔鏤空結(jié)構(gòu)磁屏的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是采用實(shí)心磁屏與大孔鏤空結(jié)構(gòu)磁屏的霍爾推力器的磁場(chǎng)強(qiáng)度變化曲線對(duì)比圖；黑實(shí)線為采用實(shí)心磁屏?xí)r的磁場(chǎng)曲線，色淺的實(shí)線為采用大孔鏤空結(jié)構(gòu)磁屏在0度處的磁場(chǎng)曲線，虛線為采用大孔鏤空結(jié)構(gòu)磁屏在45度處的磁場(chǎng)曲線；

圖6是采用實(shí)心磁屏與本發(fā)明所述磁屏的霍爾推力器的磁場(chǎng)強(qiáng)度變化曲線對(duì)比圖；黑實(shí)線為采用實(shí)心磁屏?xí)r的磁場(chǎng)曲線，色淺的實(shí)線為采用本發(fā)明磁屏在0度處的磁場(chǎng)曲線，虛線為采用本發(fā)明磁屏在45度處的磁場(chǎng)曲線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合圖1、圖2、圖3和圖6說明具體實(shí)施例，圖1所示的是霍爾推力器的鏤空磁屏結(jié)構(gòu)，將推力器的陶瓷通道5置于外磁屏2和內(nèi)磁屏1之間。通過螺栓使外磁極9與外線圈8進(jìn)行固定連接，外線圈8固定在底板3的外沿，內(nèi)線圈7固定在底板3的圓心，內(nèi)線圈7的頂端固定內(nèi)磁極6。

內(nèi)磁屏1和外磁屏2的頂沿平齊，二者的軸向高度一致，或者內(nèi)磁屏1本身的軸向度度低于外磁屏2，但在內(nèi)磁屏1的下方加裝附加線圈鐵芯，再與底板3相連，整體高度與外磁屏2相等，來保證內(nèi)磁屏1和外磁屏2的頂沿平齊。

外磁屏2壁面上設(shè)有n個(gè)矩形鏤空散熱孔4，且數(shù)量多至周向?qū)挾日纪獯牌?側(cè)壁總周長(zhǎng)的一半以上，有效的增加了陶瓷通道5的熱輻射的面積，熱量通過n個(gè)矩形鏤空散熱孔4散射到周圍環(huán)境中，提高推力器性能和工作穩(wěn)定性。

本實(shí)施例的陶瓷散熱磁屏為鏤空結(jié)構(gòu)，在保證強(qiáng)度和陶瓷通道內(nèi)磁場(chǎng)的中心對(duì)稱，與普通磁屏產(chǎn)生磁場(chǎng)基本相同前提的下，較大地增加了鏤空面積，使得陶瓷通道可以直接向空間環(huán)境進(jìn)行熱輻射，提高陶瓷通道的散熱能力，減小通道上的熱量沉積，進(jìn)而減小陶瓷通道的溫度。

采用實(shí)心磁屏的霍爾推力器，其陶瓷通道內(nèi)磁場(chǎng)軸向分布圖如圖6所示的實(shí)線所示(起點(diǎn)為陶瓷通道底部)，在不同的角度其曲線基本無變化。采用本實(shí)施例磁屏的霍爾推力器，其陶瓷通道內(nèi)磁場(chǎng)軸向分布在不同的角度與采用實(shí)心磁屏的磁場(chǎng)對(duì)比，磁場(chǎng)強(qiáng)度變化趨勢(shì)基本一致，周對(duì)稱性好。進(jìn)一步確定，本發(fā)明磁屏結(jié)構(gòu)為最佳磁屏設(shè)計(jì)方案。