霍尔推力器放电通道污染膜自清洗方法

摘要

霍尔推力器放电通道污染膜自清洗方法，涉及一种霍尔推力器放电通道的清洗方法。为了解决现有的霍尔推力器自清洗方法适用性差的问题。包括：首先，在自清洗电源的作用下，阳极向气体分配器运动的电子与从气体分配器注入的推进剂的原子发生碰撞，产生电离，生成自清洗离子；然后，控制内线圈或外线圈单独励磁形成磁场，所述自清洗离子在由内线圈或外线圈形成的磁场作用下，轰击放电通道的外壁面或内壁面，清除附着在放电通道的外壁面或内壁面的污染膜，实现放电通道污染膜的自清洗。无需拆解推力器对放电通道9内壁面和外壁面上附着的污染膜进行清洗。

权利要求

1.一种霍尔推力器放电通道污染膜自清洗方法，所述方法基于霍尔推力器实现，方法包括：首先，在自清洗电源(8)的作用下，阳极(2)向气体分配器(1)运动的电子与从气体分配器(1)注入的推进剂(A)的原子发生碰撞，产生电离，生成自清洗离子；

其特征在于，然后，控制内线圈(6)或外线圈(5)单独励磁形成磁场，所述自清洗离子在由内线圈(6)或外线圈(5)形成的磁场作用下，轰击放电通道(9)的外壁面或内壁面，清除附着在放电通道(9)的外壁面或内壁面的污染膜，实现放电通道(9)污染膜的自清洗；

所述自清洗离子在由内线圈(6)单独励磁形成的磁场为发散磁场；

在清洗放电通道(9)的外壁面污染膜时，还包括：

调节内线圈(6)电流大小控制清洗时放电电流大小，清洗时放电电流应小于额定工况下的放电电流；

所述自清洗离子在由外线圈(5)单独励磁形成的磁场为聚焦磁场；

在清洗放电通道(9)的内壁面污染膜时，还包括：

调节外线圈(5)电流大小控制清洗时放电电流大小，清洗时放电电流应小于额定工况下的放电电流。

2.根据权利要求1所述的霍尔推力器放电通道污染膜自清洗方法，其特征在于，所述霍尔推力器包括气体分配器(1)、阳极(2)、阴极(3)、放电电源(4)、外线圈(5)、内线圈(6)、放电通道(9)和自清洗电源(8)；

所述气体分配器(1)设置在放电通道(9)内的推进剂(A)喷射口处，气体分配器(1)的气体入射口与推进剂(A)喷射口连通；

所述阳极(2)设置在放电通道(9)内的中部，阳极(2)连接放电电源(4)的正极；

所述阴极(3)设置在放电通道(9)出口处，阴极(3)连接放电电源(4)的负极；

所述外线圈(5)和内线圈(6)对称设置在放电通道(9)出口处的两侧；

外线圈(5)和内线圈(6)通电励磁后形成励磁回路，在放电通道(9)中形成磁场；

所述自清洗电源(8)的正极连接气体分配器(1)，自清洗电源(8)的负极连接阳极(2)；

气体分配器(1)和阳极(2)之间形成自清洗预电离电场。

3.根据权利要求2所述的霍尔推力器放电通道污染膜自清洗方法，其特征在于，所述霍尔推力器还包括附加线圈(7)，所述附加线圈(7)横向并列设置在内线圈(6)的一侧，外线圈(5)、内线圈(6)和附加线圈(7)通电励磁后形成励磁回路，在放电通道(9)中形成磁场。

说明书

霍尔推力器放电通道污染膜自清洗方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种霍尔推力器放电通道的清洗方法，特别涉及一种霍尔推力器放电通道污染膜自清洗方法。

背景技术

[0002] 霍尔推力器属于航天电推进范畴，是电磁式电推进的典型代表，具有结构简单、比冲高、效率高的特点。其结构主要由励磁回路、阴极、阳极、气体分配器及放电通道构成。其工作原理是在其放电通道内近似径向的磁场分布下，阳极和阴极之间的放电等离子体在通道内将产生自洽的轴向电场。电子在电磁场作用下作周向的霍尔漂移运动，并向阳极运动；在向阳极运动过程中与从气体分配器注入的推进剂工质原子发生碰撞并使其电离形成离子，离子在通道内轴向电场的作用下被加速喷出放电通道，从而形成推力。

[0003] 目前，霍尔推力器的地面试验均在高真空的真空罐中进行，试验中发现，霍尔推力器出口处高速喷出的离子流(约20000m/s的速度)轰击到真空罐壁面会溅射出粒子，粒子会反流到放电通道内，附着在放电通道壁面和阳极表面，在霍尔推力器工作上百小时后，放电通道壁面上会形成一层污染膜。形成的污染膜会影响到推进剂的电离、加速等物理过程以及等离子体放电的稳定性。因此，霍尔推力器在交付飞行前，需要将放电通道表面污染膜处理掉，但由于部分零件采用焊接结构，无法拆解清洗放电通道，若采用擦拭等方式，清洗时的粉末容易堵住气体分配器的出气小孔(小孔孔径通常为0.3-1mm)，造成出气不均，影响放电性能。

[0004] 另外，由申请人申请的，公开号为102493937A的发明专利《能自清洗放电通道污染膜的霍尔推力器及其自清洗方法》，介绍了在电场的作用下，放电通道内的电子与气体发生碰撞，生成自清洗离子，在霍尔推力器的三个线圈共同形成的磁场作用下，轰击放电通道的外壁面，清除附着在放电通道的外壁面或内壁面的污染膜，完成自清洗。且该发明专利中针对特定的霍尔推力器，根据经验值调节出三个线圈的安匝数比，进而才能实现三个线圈共同励磁形成发散或聚焦磁场，实现自清洗。所以方法需要针对特定结构的霍尔推力器，使三个线圈共同配合，如果三个线圈的安匝数匹配不好的话不能形成特殊形貌的磁场，进而无法精确控制离子轰击内壁面或者外壁面，适用性差。

发明内容

[0005] 本发明的目的是为了解决现有的霍尔推力器自清洗方法适用性差的问题，本发明提供一种霍尔推力器放电通道污染膜自清洗方法。

[0006] 本发明的霍尔推力器放电通道污染膜自清洗方法，包括：

[0007] 首先，在自清洗电源的作用下，阳极向气体分配器运动的电子与从气体分配器注入的推进剂的原子发生碰撞，产生电离，生成自清洗离子；

[0008] 然后，控制内线圈或外线圈单独励磁形成磁场，所述自清洗离子在由内线圈或外线圈形成的磁场作用下，轰击放电通道的外壁面或内壁面，清除附着在放电通道的外壁面或内壁面的污染膜，实现放电通道污染膜的自清洗。

[0009] 所述自清洗离子在由内线圈单独励磁形成的磁场为发散磁场。

[0010] 在清洗放电通道的外壁面污染膜时，还包括：

[0011] 调节内线圈电流大小控制清洗时放电电流大小，清洗时放电电流应小于额定工况下的放电电流。

[0012] 所述自清洗离子在由外线圈单独励磁形成的磁场为聚焦磁场。

[0013] 在清洗放电通道的内壁面污染膜时，还包括：

[0014] 调节外线圈电流大小控制清洗时放电电流大小，清洗时放电电流应小于额定工况下的放电电流。

[0015] 所述霍尔推力器包括气体分配器、阳极、阴极、放电电源、外线圈、内线圈、附加线圈、放电通道和自清洗电源；

[0016] 所述气体分配器设置在放电通道内的推进剂喷射口处，气体分配器的气体入射口与推进剂喷射口连通；

[0017] 所述阳极设置在放电通道内的中部，阳极连接放电电源的正极；

[0018] 所述阴极设置在放电通道出口处，阴极连接放电电源的负极；

[0019] 所述外线圈和内线圈对称设置在放电通道出口处的两侧；

[0020] 所述附加线圈横向并列设置在内线圈的一侧；

[0021] 外线圈、内线圈和附加线圈通电励磁后形成励磁回路，在放电通道中形成磁场；

[0022] 所述自清洗电源的正极连接气体分配器，自清洗电源的负极连接阳极；气体分配器和阳极之间形成自清洗预电离电场。

[0023] 本发明的有益效果在于，本发明只需要利用一个线圈：内线圈或外线圈，清洗外壁面或内壁面；本发明不需要特意调节线圈的匝数，就可以实现自清洗，适合任何具有内线圈和外线圈的霍尔推力器进行自清洗，具有普适性。由于没有其他线圈的影响，与背景技术中提到的采用三个线圈的自清洗方法相比，本发明对放电通道9的外壁面或内壁面清洗范围更大,进而清洗效果更好。

附图说明

[0024] 图1为具体实施方式中能自清洗放电通道污染膜的霍尔推力器的原理示意图；

[0025] 图2为外线圈单独励磁形成的聚焦磁场位形图；

[0026] 图3为内线圈单独励磁形成的发散磁场位形图。

具体实施方式

[0027] 结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述的霍尔推力器放电通道污染膜自清洗方法，本实施方式是基于霍尔推力器实现，如图1所示，所述霍尔推力器包括气体分配器1、阳极2、阴极3、放电电源4、外线圈5、内线圈6、附加线圈7、放电通道9和自清洗电源8；

[0028] 所述气体分配器1设置在放电通道9内的推进剂A喷射口处，气体分配器1的气体入射口与推进剂A喷射口连通；

[0029] 所述阳极2设置在放电通道9内的中部，阳极2连接放电电源4的正极；

[0030] 所述阴极3设置在放电通道9出口处，阴极3连接放电电源4的负极；

[0031] 所述外线圈5和内线圈6对称设置在放电通道9出口处的两侧；

[0032] 所述附加线圈7横向并列设置在内线圈6的一侧；

[0033] 外线圈5、内线圈6和附加线圈7通电励磁后形成励磁回路，在放电通道9中形成磁场；

[0034] 所述自清洗电源8的正极连接气体分配器1，自清洗电源8的负极连接阳极2；气体分配器1和阳极2之间形成自清洗预电离电场。

[0035] 本实施方式中自清洗电源8采用恒压电源；

[0036] 本实施方式的自清洗方法包括如下步骤：

[0037] 步骤一：预电离生成自清洗离子：在自清洗电源8的作用下，放电通道9内的电子会由阳极2向气体分配器1运动，并从自清洗预电离电场中获得动能；由阳极2向气体分配器1运动的电子会与从气体分配器1注入的推进剂A的原子发生碰撞，产生电离，生成自清洗离子；

[0038] 步骤二：生成的自清洗离子在由外线圈5或内线圈6单独励磁时形成的聚焦磁场或发散磁场作用下，轰击放电通道9的内壁面或外壁面，清除附着在放电通道9内壁面或外壁面的污染膜，调节外线圈5或内线圈6电流大小控制清洗时放电电流大小，清洗时放电电流应小于额定工况下的放电电流，实现放电通道9污染膜的自清洗；

[0039] 本实施方式的工作原理：通过连接在气体分配器1和阳极2之间的自清洗电源8提供一个恒压电源，导致放电通道9内的一部分电子从阳极2向气体分配器1运动，在运动过程中从自清洗预电离电场中获能，获得能量的高能电子会与从气体分配器1注入的推进剂A的原子发生碰撞，产生电离，生成自清洗离子，生成的自清洗离子在由外线圈5单独励磁形成的聚焦磁场的控制下能够对放电通道9的内壁面进行轰击，形成的聚焦磁场如图2所示，达到清洗附着在内壁面上的污染膜的目的，在由内线圈6单独励磁形成的发散磁场的控制下能够对放电通道9的外壁面进行轰击，形成的发散磁场如图3所示，达到清洗附着在外壁面上的污染膜的目的。

[0040] 本实施方式的自清洗方法能够自清洗放电通道9内壁面和外壁面上附着的污染膜，无需拆解推力器进行清理，使试验装置真空条件保持一致，避免了在拆装过程中易引起装配误差，防止重新装配产生较大影响；本实施方式基于磁力线等电势的特点，即离子加速度方向垂直于磁力线方向，提出了自清洗放电通道污染膜的方法，通过预电离措施及调节励磁电流改变磁场位形控制离子射流方向，从而实现自清洗的方法，霍尔推力器结构无需变动，通过外线圈5或内线圈6单独励磁，分别形成聚焦磁场和发散磁场，实现对内壁面及外壁面的轰击及清洗。

[0041] 本实施方式的自清洗方法还适用于其它具有内线圈和外线圈的霍尔推力器。

[0042] 如图2和图3所示，外线圈单独励磁形成的聚焦磁场位形图和内线圈单独励磁形成的发散磁场位形图，与背景技术中提到的公开的发明专利形成磁场位形图相比，自清洗离子的外偏或内偏的角度更大，则清洗的范围更广。