三級(jí)加速式螺旋波等離子體推進(jìn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及空間推進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，隨著人類(lèi)空間活動(dòng)以及深空探測(cè)活動(dòng)的日益活躍，航天技術(shù)也隨之產(chǎn)生巨大和迅猛發(fā)展，人類(lèi)在空間的活動(dòng)范圍也越來(lái)越廣闊，這就對(duì)航天器推進(jìn)系統(tǒng)提出了更高的指標(biāo)要求。航天器在太空飛行階段進(jìn)行姿態(tài)控制、南北位置保持、軌道機(jī)動(dòng)和離軌等任務(wù)時(shí)空間推進(jìn)系統(tǒng)為其提供動(dòng)力。而空間推進(jìn)技術(shù)一般可以分為化學(xué)推進(jìn)和電推進(jìn)，以及一些其它的推進(jìn)技術(shù)，比如核能推進(jìn)，太陽(yáng)帆推進(jìn)等技術(shù)。電推進(jìn)與化學(xué)推進(jìn)相比具有比沖高、壽命長(zhǎng)、推力小且控制精度高的特點(diǎn)，因此電推進(jìn)在空間推進(jìn)領(lǐng)域的應(yīng)用前景非常廣闊。
[0003]在目前大部分使用和研制的等離子體推進(jìn)系統(tǒng)中，等離子體主要是通過(guò)推進(jìn)工質(zhì)與高能電子的碰撞而產(chǎn)生，這種方式的電離效率較低，推進(jìn)器的電極易受到腐蝕，使推進(jìn)器壽命縮短，為了避免電極腐蝕，就需要縮小選擇推進(jìn)工質(zhì)的范圍。為了克服這些缺點(diǎn)，螺旋波雙層推進(jìn)器(簡(jiǎn)稱HDLT)或螺旋波等離子體推進(jìn)器(簡(jiǎn)稱HPT)得到了迅速發(fā)展，這種推進(jìn)器具有無(wú)電極燒蝕、高等離子體密度和高電離率的螺旋波等離子體源，依靠螺旋波等離子體雙層效應(yīng)加速離子。
[0004]通過(guò)進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研宄表明，僅依靠螺旋波等離子體雙層效應(yīng)加速離子而作為推進(jìn)方式的效果并不好，目前，HPT加速離子的能力與傳統(tǒng)化學(xué)推進(jìn)相當(dāng)，推進(jìn)能力也顯不足，無(wú)法滿足未來(lái)長(zhǎng)壽命衛(wèi)星平臺(tái)、空間站和深空探測(cè)器的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)以上提出的推進(jìn)裝置加速離子和推力性能不足的問(wèn)題，設(shè)計(jì)出一種三級(jí)加速式螺旋波等離子體推進(jìn)裝置的技術(shù)方案:一種三級(jí)加速式螺旋波等離子體推進(jìn)裝置，其特征在于:shoji型天線與射頻功率源相連，并環(huán)繞固定于放電室外部。shoji型天線和放電室均固定于套筒內(nèi)部，電磁線圈規(guī)則有序地環(huán)繞固定在套筒外圓周面。放電室的后部設(shè)有旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)離子加速系統(tǒng)，該旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)離子加速系統(tǒng)包括四個(gè)均勻?qū)ΨQ安置于所述套筒外圓周面的石墨電極，四個(gè)石墨電極分為兩組分別通過(guò)導(dǎo)線與兩個(gè)正弦交變電壓源相連接。旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)尚子加速系統(tǒng)的末端設(shè)有電磁噴管尚子加速系統(tǒng)，該電磁噴管尚子加速系統(tǒng)包括一端與放電室尾部連接的圓錐形擴(kuò)張噴管，電磁線圈環(huán)繞固定于擴(kuò)張噴管的外圓錐面。套筒的材質(zhì)為碳纖維復(fù)合材料。電磁線圈由空心銅管環(huán)繞組成。噴管材質(zhì)為鈦合金。噴管內(nèi)表面鑲嵌一層保護(hù)陶瓷。
[0006]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明結(jié)合螺旋波等離子體自身的電勢(shì)降加速離子的特點(diǎn)，采用旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)加速系統(tǒng)對(duì)等離子體進(jìn)行二級(jí)加速，再通過(guò)電磁噴管進(jìn)一步加速，形成三級(jí)加速效果，從而高效加速離子而產(chǎn)生推力，可以實(shí)現(xiàn)推進(jìn)器在高功率下工作，實(shí)現(xiàn)高離子噴出速度、高推進(jìn)能力的可靠性能，具有廣闊的應(yīng)用前景，能夠?yàn)槲磥?lái)空間技術(shù)發(fā)展提供高性能的動(dòng)力平臺(tái)。
【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1是本發(fā)明實(shí)施例三級(jí)加速式螺旋波等離子體推進(jìn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0008]圖2是本發(fā)明實(shí)施例中所述的旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)離子加速系統(tǒng)(202)原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009]圖1與圖2是這種三級(jí)加速式螺旋波等離子體推進(jìn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。從圖中可以看出，它的shoji型天線101與射頻功率源相連，并環(huán)繞固定于放電室102的外部。shoji型天線101和放電室102均固定在套筒104的內(nèi)部。電磁線圈1-103規(guī)則有序地環(huán)繞固定在套筒104外圓周面。電磁線圈1-103由空心銅管環(huán)繞組成，工質(zhì)氣體從儲(chǔ)氣室出來(lái)后通過(guò)空心銅管再進(jìn)入放電室102，該過(guò)程既可以以對(duì)銅管冷卻，又可以預(yù)熱工質(zhì)氣體。套筒104的材質(zhì)為碳纖維復(fù)合材料。放電室102用于將等離子體屏蔽在一定區(qū)域內(nèi)防止設(shè)備受到腐蝕，shoji型天線101用于激發(fā)螺旋波等離子體，利用等離子體自身電勢(shì)降對(duì)等離子體加速，套筒104作為主體結(jié)構(gòu)用于固定其他部件，電磁線圈1-103產(chǎn)生軸向均勻磁場(chǎng)，以激發(fā)螺旋波等離子體。放電室102的后部設(shè)有旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)離子加速系統(tǒng)201，該旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)離子加速系統(tǒng)201包括四個(gè)均勻?qū)ΨQ安置于套筒104外圓周面的石墨電極105，這四個(gè)石墨電極105分為兩組分別通過(guò)導(dǎo)線106與兩個(gè)正弦交變電壓源109相連接。當(dāng)電極板間加載振蕩電壓時(shí)，在徑向電場(chǎng)與軸向磁場(chǎng)的共同作用下，電子運(yùn)動(dòng)軌跡由拉莫爾回旋運(yùn)動(dòng)和EXB漂移運(yùn)動(dòng)疊加而成。在徑向電子密度梯度作用下，大量電子EXB漂移運(yùn)動(dòng)疊加后將形成回旋電流，在磁場(chǎng)徑向分量作用下，產(chǎn)生軸向加速的洛侖茲力，從而產(chǎn)生一個(gè)空間旋轉(zhuǎn)的電場(chǎng)來(lái)加速離子。旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)離子加速系統(tǒng)201的末端還設(shè)有電磁噴管離子加速系統(tǒng)202，該電磁噴管離子加速系統(tǒng)202包括一端與放電室102尾部連接的圓錐形擴(kuò)張噴管108，以及環(huán)繞固定在擴(kuò)張噴管108的外圓錐面上的電磁線圈i1-107。噴管108的材質(zhì)為鈦合金。噴管108的內(nèi)表面鑲嵌一層保護(hù)陶瓷。電磁噴管離子加速系統(tǒng)202通過(guò)電磁線圈i1-107產(chǎn)生軸向磁場(chǎng)結(jié)合擴(kuò)張噴管進(jìn)一步加速離子。最終形成三級(jí)加速等離子體的方式。圖中M是表示進(jìn)氣方向。
[0010]本實(shí)施例采用螺旋波等離子體自身電勢(shì)降加速與旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)離子加速以及電磁噴管離子加速三者結(jié)合的方式，可以使推進(jìn)器具有較高的離子噴出速度、推力性能。
[0011]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種三級(jí)加速式螺旋波等離子體推進(jìn)裝置，其特征在于:shoji型天線(101)與射頻功率源相連，并環(huán)繞固定于放電室(102)外部，所述shoji型天線(101)和放電室(102)均固定于套筒(104)內(nèi)部，電磁線圈i (103)規(guī)則有序地環(huán)繞固定在所述套筒(104)外圓周面；所述放電室(102)的后部設(shè)有旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)離子加速系統(tǒng)(201)，該旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)離子加速系統(tǒng)(201)包括四個(gè)均勻?qū)ΨQ安置于所述套筒(104)外圓周面的石墨電極(105)，所述四個(gè)石墨電極(105)分為兩組分別通過(guò)導(dǎo)線(106)與兩個(gè)正弦交變電壓源(109)相連接；所述旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)離子加速系統(tǒng)(201)的末端設(shè)有電磁噴管離子加速系統(tǒng)(202)，該電磁噴管離子加速系統(tǒng)(202)包括一端與所述放電室(102)尾部連接的圓錐形擴(kuò)張噴管(108)，電磁線圈?(107)環(huán)繞固定于所述擴(kuò)張噴管(108)的外圓錐面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三級(jí)加速式螺旋波等離子體推進(jìn)裝置，其特征在于:所述套筒(104)的材質(zhì)為碳纖維復(fù)合材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三級(jí)加速式螺旋波等離子體推進(jìn)裝置，其特征在于:所述電磁線圈i (103)由空心銅管環(huán)繞組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三級(jí)加速式螺旋波等離子體推進(jìn)裝置，其特征在于:所述噴管(108)材質(zhì)為鈦合金。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三級(jí)加速式螺旋波等離子體推進(jìn)裝置，其特征在于:所述噴管(108)內(nèi)表面鑲嵌一層保護(hù)陶瓷。
【專利摘要】一種三級(jí)加速式螺旋波等離子體推進(jìn)裝置，其特點(diǎn)是：天線與射頻功率源相連并和放電室固定于套筒內(nèi)部，電磁線圈環(huán)繞固定在套筒外圓周面。放電室的后部設(shè)有旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)離子加速系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括四個(gè)均勻?qū)ΨQ安置于套筒外圓周面的石墨電極。旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)離子加速系統(tǒng)的末端設(shè)有電磁噴管離子加速系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一端與放電室尾部連接的圓錐形擴(kuò)張噴管與電磁線圈。本發(fā)明采用旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)加速系統(tǒng)對(duì)等離子體進(jìn)行二級(jí)加速，再通過(guò)電磁噴管進(jìn)一步加速，形成三級(jí)加速效果，從而高效加速離子而產(chǎn)生推力，可以實(shí)現(xiàn)推進(jìn)器在高功率下工作，實(shí)現(xiàn)高離子噴出速度、高推進(jìn)能力的可靠性能，具有廣闊的應(yīng)用前景，能夠?yàn)槲磥?lái)空間技術(shù)發(fā)展提供高性能的動(dòng)力平臺(tái)。
【IPC分類(lèi)】F03H1-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104653422
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510035736
【發(fā)明人】夏廣慶, 王鵬, 鄒存祚, 郝劍昆, 徐宗琦
【申請(qǐng)人】大連理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年5月27日
【申請(qǐng)日】2015年1月22日