一种低功率霍尔推力器用通道外置式分配器阳极一体化结构转让专利
申请号 : CN202010809199.8
文献号 : CN112012898B
文献日 : 2021-08-10
发明人 : 扈延林 , 毛威 , 秦宇 , 吴楠 , 吴朋安 , 韩道满 , 李梁 , 胡大为 , 李胜军 , 臧娟伟 , 吴耀武
申请人 : 北京控制工程研究所
摘要 :
权利要求 :
1.一种低功率霍尔推力器用通道外置式分配器阳极一体化结构,其特征在于:包括导气柱(1)、固定柱(2)、进气腔室(3)、单排孔腔室(4)、双排孔腔室(5)、通道腔室(6);导气柱(1)插入进气腔室(3)内的通孔,采用电子束焊接的方式将导气柱(1)与进气腔室(3)稳定连接;固定柱(2)插入进气腔室(3)内的通孔,采用电子束焊接的方式将固定柱(2)与进气腔室(3)稳定连接;单排孔腔室(4)插入进气腔室(3),采用电子束焊接的方式实现进气腔室(3)与单排孔腔室(4)实现稳定连接;双排孔腔室(5)插入单排孔腔室(4),采用电子束焊接的方式实现单排孔腔室(4)与双排孔腔室(5)实现稳定连接;将通道腔室(6)插入双排孔腔室(5),采用电子束焊接的方式实现双排孔腔室(5)与通道腔室(6)的稳定连接;
所述导气柱(1)为圆柱形结构,所述圆柱形结构包含螺纹,所述螺纹位于所述圆柱形结构的最大直径圆柱面上,所述螺纹为大小为M4或M5,所述螺纹自圆柱结构的其中一个端面开始,长度为10mm;所述圆柱形结构还包含一个与最大圆柱面同轴的通孔,所述通孔直径为
2mm;
所述固定柱(2),为圆柱形结构,所述圆柱形结构包含螺纹,所述螺纹位于圆柱形结构的最大直径圆柱面,所述螺纹大小与所述导气柱(1)包含的螺纹大小相同,所述螺纹自所述圆柱结构的其中一个端面开始,长度与所述导气柱(1)包含的螺纹长度相同;所述导气柱(1)和所述固定柱(2)的长度相同,最大直径圆柱面的直径大小相同;
所述进气腔室(3)为圆环形结构,其包括第一端面和第二端面,所述第一端面和第二端面平行设置,所述第一端面在整个周向上径向向内延伸形成第一凸出部,所述第一凸出部包含通孔,所述通孔在整个周向上均匀布置,所述通孔数量等于导气柱(1)的数量和固定柱(2)的数量之和,所述通孔的直径与所述导气柱(1)和所述固定柱(2)的最大直径圆柱面的直径相同,所述第二端面在整个周向上向内延伸形成第二凸出部,所述第一凸出部和所述第二凸出部具有相同的凸出高度,所述凸出高度大于所述导气柱(1)和所述固定柱(2)最大直径圆柱面的直径大小;所述第一凸出部和所述第二凸出部与进气腔室(3)的内侧壁形成一环形凹槽;
所述单排孔腔室(4)为圆环形结构,其包括第三端面和第四端面,所述第三端面和第四端面平行设置,所述第三端面在整个周向上径向向内延伸形成第三凸出部,所述第四端面在整个周向上向内延伸形成第四凸出部,所述第三凸出部和所述第四凸出部具有相同的凸出高度,所述第三凸出部和所述第四凸出部与所述圆环形结构的内侧壁形成第二环形凹槽;所述圆环形结构上布置有一排直径为0.5mm的小通孔,所述小通孔在整个周向上均匀布置,所述小通孔的轴线位于同一个平面,所述平面与单排孔腔室(4)的第三端面和第四端面平行,所述平面与所述第三端面的距离等于与所述第四端面的距离;
所述双排孔腔室(5)为圆环形结构,其包括第五端面和第六端面,所述第五端面和第六端面平行设置,所述第五端面在整个周向上径向向内延伸形成第五凸出部,所述第六端面在整个周向上向内延伸形成第六凸出部,所述第五凸出部和所述第六凸出部具有相同的凸出高度,所述第五凸出部和所述第六凸出部与双排孔腔室(5)的内侧壁形成第三环形凹槽;
所述圆环形结构上布置有两排直径为0.5mm的小通孔,分别为第一排小通孔和第二排小通孔,所述第一排小通孔在整个周向上均匀布置,所述第一排小通孔的轴线位于同一个平面,所述平面与双排孔腔室(5)的第五端面和第六端面平行,所述平面与所述第五端面的距离等于与所述第六端面的距离的1/2,所述第二排小通孔数量为10,所述第二排小通孔在整个周向上均匀布置,所述第二排小通孔的轴线位于同一个平面,所述平面与双排孔腔室(5)的第五端面和第六端面平行,所述平面与所述第五端面的距离等于与所述第六端面的距离的
2倍;
所述通道腔室(6)为圆环形结构,其包括第一圆柱面、第二圆柱面、第七端面和第八端面,所述第一圆柱面与第二圆柱面的同轴心设置,所述第一圆柱面的直径大于第二圆柱面的直径,所述第七端面与第八端面平行设置,所述第七端面指向第八端面的方向为延伸方向,所述第一圆柱面在整个周向上沿所述延伸方向延伸形成第七凸出部,所述第二圆柱面在整个周向上沿所述延伸方向延伸形成第八凸出部,所述第七凸出部和所述第八凸出部具有相同的凸出高度,所述第七凸出部和所述第八凸出部与所述第八端面形成第四环形凹槽,所述第七凸出部上包含一排直径为0.5mm的小孔,所述小通孔在整个周向上均匀布置,所述小通孔的轴线位于同一个平面,所述平面与通道腔室(6)的第七端面和第八端面平行,所述平面与所述第七端面的距离为5mm;
导气柱(1)插入进气腔室(3)第一凸出部上的任一通孔,采用电子束焊接的方式将导气柱(1)与进气腔室(3)稳定连接;将固定柱(2)插入进气腔室(3)第一凸出部的剩余通孔,采用电子束焊接的方式将固定柱(2)与进气腔室(3)稳定连接;将单排孔腔室(4)插入进气腔室(3),进气腔室(3)第一凸出部与单排孔腔室(4)的第三凸出部共面,进气腔室(3)第二凸出部与单排孔腔室(4)的第四凸出部共面,采用电子束焊接的方式实现进气腔室(3)与单排孔腔室(4)实现稳定连接;将双排孔腔室(5)插入单排孔腔室(4),单排孔腔室(4)第三凸出部与双排孔腔室(5)的第五凸出部共面,单排孔腔室(4)第四凸出部与双排孔腔室(5)的第六凸出部共面,采用电子束焊接的方式实现单排孔腔室(4)与双排孔腔室(5)实现稳定连接;将通道腔室(6)插入双排孔腔室(5),双排孔腔室(5)的第五凸出部与通道腔室(6)的第七端面共面,采用电子束焊接的方式实现双排孔腔室(5)与通道腔室(6)的稳定连接。
2.根据权利要求1所述的一种低功率霍尔推力器用通道外置式分配器阳极一体化结构,其特征在于:导气柱(1)、固定柱(2)、进气腔室(3)、单排孔腔室(4)、双排孔腔室(5)均为不导磁的不锈钢材料,通道腔室(6)为软磁合金1J22材料。
3.根据权利要求2任一所述的一种低功率霍尔推力器用通道外置式分配器阳极一体化结构,其特征在于:所述导气柱(1)数量为1,所述固定柱(2)数量为1或2或3,所述进气腔室(3)数量为1,所述单排孔腔室(4)数量为1,所述双排孔腔室(5)数量为1,所述通道腔室(6)数量为1。
说明书 :
一种低功率霍尔推力器用通道外置式分配器阳极一体化结构
技术领域
背景技术
技术可以增加航天器有效载荷,降低发射成本,延长使用寿命,是未来提高商业卫星效率,
增加竞争力的有效手段。
理为:阴极发射的部分电子进入放电室,在正交的径向磁场与轴向电场的共同作用下向阳
极漂移,在漂移过程中与从阳极/气体分配器出来的中性推进剂原子碰撞,使得工质原子电
离。由于存在强的径向磁场,在轴向电场的作用下沿轴向高速喷出,从而产生推力。与此同
时,阴极发射出的另一部分电子与轴向喷出的离子中和,保持了推力器羽流的宏观电中性。
目前国际上在轨应用的霍尔推力器功率约在数百瓦至几千瓦量级之间,功率处在这个范围
内的霍尔推力器通道宽度较大,因此常常将分配器布置在通道内,这也是目前的霍尔推力
器常用的一种结构形式,具体的分配器结构形式如图1所示,由导气柱,固定柱,分配器座,
单排孔板,双排孔板,外盖板和内盖板组成,材料常采用不锈钢材料。。随着霍尔推力器朝着
小功率方向的发展,通道尺寸也随功率的减小而不断减小。若采用传统的分配器布置在形
式。分配器各零件尺寸会非常小,造成分配器零件的加工、焊接均存在实现上的困难。
轮廓尺寸以及重量的增加,此外由于缓冲腔常与放电通道采用一体化设计,材料也会选用
与放电通道相同,由于放电通道的陶瓷的成分比较特殊,所以其成本也较高。因此,采用缓
冲腔结构形式,与追求轻量化、低成本的小功率霍尔推力器的设计理念是相背的。
发明内容
陶瓷通道,而且这种结构形式无需增加缓冲腔结构。有利于实现低功率霍尔推力器的轻量
化设计。
孔,采用电子束焊接的方式将导气柱与进气腔室稳定连接;固定柱插入进气腔室内的通孔,
采用电子束焊接的方式将固定柱与进气腔室稳定连接;单排孔腔室插入进气腔室,采用电
子束焊接的方式实现进气腔室与单排孔腔室实现稳定连接;双排孔腔室插入单排孔腔室,
采用电子束焊接的方式实现单排孔腔室与双排孔腔室实现稳定连接;将通道腔室插入双排
孔腔室,采用电子束焊接的方式实现双排孔腔室与通道腔室的稳定连接。
开始,长度为10mm;所述圆柱形结构还包含一与最大圆柱面同轴的通孔,所述通孔直径为
2mm。
柱结构的其中一个端面开始,长度与所述导气柱包含的螺纹长度相同;所述导气柱和所述
固定柱的长度相同,最大直径圆柱面的直径大小相同;
部包含通孔,所述通孔在整个周向上均匀布置,所述通孔数量等于所述导气柱的数量和所
述固定柱的数量之和,所述通孔的直径与所述导气柱和所述固定柱的最大直径圆柱面的直
径相同,所述第二端面在整个周向上向内延伸形成第二凸出部,所述第一凸出部和所述第
二凸出部具有相同的凸出高度,所述凸出高度大于所述导气柱和所述固定柱最大直径圆柱
面的直径大小。所述第一凸出部和所述第二凸出部与所述圆环的内侧壁形成一环形凹槽;
面在整个周向上向内延伸形成第二凸出部,所述第一凸出部和所述第二凸出部具有相同的
凸出高度,所述第一凸出部和所述第二凸出部与所述圆环的内侧壁形成一环形凹槽,所述
圆环上布置有一排直径为0.5mm的小通孔,所述小通孔的数量为10,所述小通孔在整个周向
上均匀布置,所述小通孔的轴线位于同一个平面,所述平面与所述圆环的第一端面和第二
端面平行,所述平面与所述第一端面的距离等于与所述第二端面的距离;
面在整个周向上向内延伸形成第二凸出部,所述第一凸出部和所述第二凸出部具有相同的
凸出高度,所述第一凸出部和所述第二凸出部与所述圆环的内侧壁形成一环形凹槽,所述
圆环上布置有两排直径为0.5mm的小通孔,分别为第一排小通孔和第二排小通孔,所述第一
排小通孔数量为10,所述第一排小通孔在整个周向上均匀布置,所述第一排小通孔的轴线
位于同一个平面,所述平面与所述圆环的第一端面和第二端面平行,所述平面与所述第一
端面的距离等于与所述第二端面的距离的1/2,所述第二排小通孔数量为10,所述第二排小
通孔在整个周向上均匀布置,所述第二排小通孔的轴线位于同一个平面,所述平面与所述
圆环的第一端面和第二端面平行,所述平面与所述第一端面的距离等于与所述第二端面的
距离的2倍;
的直径,所述第一端面与第二端面平行设置,所述第一端面指向第二端面的方向为延伸方
向,所述第一圆柱面在整个周向上沿所述延伸方向延伸形成第一凸出部,所述第二圆柱面
在整个周向上沿所述延伸方向延伸形成第二凸出部,所述第一凸出部和所述第二凸出部具
有相同的凸出高,所述第一凸出部和所述第二凸出部与所述第二端面形成一环形凹槽,所
述第一凸出部上包含一排直径为0.5mm的小孔,所述小通孔的数量为10,所述小通孔在整个
周向上均匀布置,所述小通孔的轴线位于同一个平面,所述平面与所述圆环的第一端面和
第二端面平行,所述平面与所述第一端面的距离为5mm。
数量为1,所述单排孔腔室数量为1,所述双排孔腔室数量为1,所述通道腔室数量为1;
方式将固定柱与进气腔室稳定连接;将单排孔腔室插入进气腔室,进气腔室第一凸出部与
单排孔腔室的第一凸出部共面,进气腔室第二凸出部与单排孔腔室的第二凸出部共面,采
用电子束焊接的方式实现进气腔室与单排孔腔室实现稳定连接;将双排孔腔室插入单排孔
腔室,单排孔腔室第一凸出部与双排孔腔室的第一凸出部共面,单排孔腔室第二凸出部与
双排孔腔室的第二凸出部共面,采用电子束焊接的方式实现单排孔腔室与双排孔腔室实现
稳定连接;将通道腔室插入双排孔腔室,双排孔腔室的第一凸出部与通道腔室的第一端面
共面,采用电子束焊接的方式实现双排孔腔室与通道腔室的稳定连接。
应用中只需更改通道腔室的尺寸即可实现在不同尺寸的霍尔推力器上的应用,扩展性好,
可以将其在霍尔推力器产品的型谱化设计过程中作为通用件。给低功率霍尔推力器的小尺
寸设计带来好处。
推力器的结构简单设计带来好处。
附图说明
具体实施方式
采用电子束焊接的方式将导气柱1与进气腔室3稳定连接;固定柱2插入进气腔室3内的通
孔,采用电子束焊接的方式将固定柱2与进气腔室3稳定连接;单排孔腔室4插入进气腔室3,
采用电子束焊接的方式实现进气腔室3与单排孔腔室4实现稳定连接;双排孔腔室5插入单
排孔腔室4,采用电子束焊接的方式实现单排孔腔室4与双排孔腔室5实现稳定连接;将通道
腔室6插入双排孔腔室5,采用电子束焊接的方式实现双排孔腔室5与通道腔室6的稳定连
接。
开始,长度为10mm;所述圆柱形结构还包含一与最大圆柱面同轴的通孔,所述通孔直径为
2mm。
圆柱结构的其中一个端面开始,长度与所述导气柱1包含的螺纹长度相同;所述导气柱1和
所述固定柱2的长度相同,最大直径圆柱面的直径大小相同;
述第一凸出部包含通孔,所述通孔在整个周向上均匀布置,所述通孔数量等于所述导气柱1
的数量和所述固定柱2的数量之和,所述通孔的直径与所述导气柱1和所述固定柱2的最大
直径圆柱面的直径相同,所述第二端面在整个周向上向内延伸形成第二凸出部,所述第一
凸出部和所述第二凸出部具有相同的凸出高度,所述凸出高度大于所述导气柱1和所述固
定柱2最大直径圆柱面的直径大小。所述第一凸出部和所述第二凸出部与所述圆环的内侧
壁形成一环形凹槽;
所述第二端面在整个周向上向内延伸形成第二凸出部,所述第一凸出部和所述第二凸出部
具有相同的凸出高度,所述第一凸出部和所述第二凸出部与所述圆环的内侧壁形成一环形
凹槽,所述圆环上布置有一排直径为0.5mm的小通孔,所述小通孔的数量为10,所述小通孔
在整个周向上均匀布置,所述小通孔的轴线位于同一个平面,所述平面与所述圆环的第一
端面和第二端面平行,所述平面与所述第一端面的距离等于与所述第二端面的距离;
所述第二端面在整个周向上向内延伸形成第二凸出部,所述第一凸出部和所述第二凸出部
具有相同的凸出高度,所述第一凸出部和所述第二凸出部与所述圆环的内侧壁形成一环形
凹槽,所述圆环上布置有两排直径为0.5mm的小通孔,分别为第一排小通孔和第二排小通
孔,所述第一排小通孔数量为10,所述第一排小通孔在整个周向上均匀布置,所述第一排小
通孔的轴线位于同一个平面,所述平面与所述圆环的第一端面和第二端面平行,所述平面
与所述第一端面的距离等于与所述第二端面的距离的1/2,所述第二排小通孔数量为10,所
述第二排小通孔在整个周向上均匀布置,所述第二排小通孔的轴线位于同一个平面,所述
平面与所述圆环的第一端面和第二端面平行,所述平面与所述第一端面的距离等于与所述
第二端面的距离的2倍,;
于第二圆柱面的直径,所述第一端面与第二端面平行设置,所述第一端面指向第二端面的
方向为延伸方向,所述第一圆柱面在整个周向上沿所述延伸方向延伸形成第一凸出部,所
述第二圆柱面在整个周向上沿所述延伸方向延伸形成第二凸出部,所述第一凸出部和所述
第二凸出部具有相同的凸出高,所述第一凸出部和所述第二凸出部与所述第二端面形成一
环形凹槽,所述第一凸出部上包含一排直径为0.5mm的小孔,所述小通孔的数量为10,所述
小通孔在整个周向上均匀布置,所述小通孔的轴线位于同一个平面,所述平面与所述圆环
的第一端面和第二端面平行,所述平面与所述第一端面的距离为5mm。
定柱数量为3时的三维图如图8所示,所述进气腔室3数量为1,所述单排孔腔室4数量为1,所
述双排孔腔室5数量为1,所述通道腔室6数量为1;
固定柱2插入进气腔室3第一凸出部的剩余通孔,采用电子束焊接的方式将固定柱2与进气
腔室3稳定连接;将单排孔腔室4插入进气腔室3,进气腔室3第一凸出部与单排孔腔室4的第
一凸出部共面,进气腔室3第二凸出部与单排孔腔室4的第二凸出部共面,采用电子束焊接
的方式实现进气腔室3与单排孔腔室4实现稳定连接;将双排孔腔室5插入单排孔腔室4,单
排孔腔室4第一凸出部与双排孔腔室5的第一凸出部共面,单排孔腔室4第二凸出部与双排
孔腔室5的第二凸出部共面,采用电子束焊接的方式实现单排孔腔室4与双排孔腔室5实现
稳定连接;将通道腔室6插入双排孔腔室5,双排孔腔室5的第一凸出部与通道腔室6的第一
端面共面,采用电子束焊接的方式实现双排孔腔室5与通道腔室6的稳定连接。最后对以上
焊缝进行气密性检测。
气柱1进入进气腔室3,在进气腔室3环形凹槽内内实现第一次掺混;之后工质气体经由单排
孔腔室4上的小孔,进入单排孔腔室4的环形凹槽内实现工质气体的第二次掺混;然后工质
气体经由双排孔腔室5上的双排小孔,进入双排孔腔室5中环形凹槽实现工质气体的第三次
掺混;然后工质气体经由通道腔室6上的小孔近入通道腔室6环形凹槽,之后气体会冲击在
通道腔室6上的第二圆柱面上,然后进一步掺混后沿着垂直于通道腔室6端面轴向向放电通
道方向运动。进而在通道中参与电离和加速过程。在以上的工作过程中,各个零件通过熔焊
方式实现了稳定可靠的连接,且各条焊缝均经历了气密性检测,因此可以保证气体的不泄
露,通过采用三层掺混的方式实现了气体的均化。