一种后加载磁场的霍尔推力器

本发明涉及霍尔推力器，具体涉及一种后加载磁场的霍尔推力器。

背景技术：

1、霍尔推力器是一种利用磁约束的电子来电离工质气体、等离子体与磁场自洽形成的静电场加速离子的空间电推进装置。它具有结构简单、比冲高、寿命长、可靠性好等优势，因而近年来受到国内外研究机构的广泛关注。其中，等离子体的运动行为由磁场控制，可以说磁场对霍尔推力器的运行稳定性及性能起到决定性的作用，磁场的强度及位形是两大重要特征。霍尔推力器通道中心线上的特征磁场强度一般为200-300gauss，其中最优磁场强度与放电电压、工质流量等输入参数直接相关，一般地，放电电压和工质流量越高需求的磁场强度也越高。因此，对于大功率和高比冲(放电电压与工质流量都比较高)放电的霍尔推力器来说，需要更高的磁场强度来约束等离子体。在传统霍尔推力器的磁场构型下，其磁路结构能实现的磁场强度较高，设计上的限制约束不强，但同时等离子体对放电通道壁面溅射也比较严重，难以保证推力器的使用寿命足够长。近年来，发展出了具备长寿命特征的后加载型磁场，通过将磁场向通道外部推移显著地降低了等离子体与放电通道壁面的相互作用与侵蚀。如图1所示，为了形成特定后加载程度的后加载型磁场，需要磁屏与磁极之间形成一定的磁短路才能将磁力线挤压至通道外，受限于磁路材料的磁饱和程度，能实现的磁场强度大幅度降低。可见，现有的后加载磁场霍尔推力器磁场强度裕度不足以支持大功率、高比冲放电模式对磁场强度的需求，需要增强磁场的新设计手段，以提升大功率、高比冲后加载磁场霍尔推力器的放电稳定性及性能。

2、如公开号cn115711208a涉及适合高比冲后加载霍尔推力器的供气结构，该供气结构是为实现在霍尔推力器放电通道下游注入工质，实现工质气体流场与磁场的协同后加载。

3、公开号cn114607576a涉及混合壁面霍尔推力器，侧重解决霍尔推力器使用传统bn陶瓷作为放电通道壁面的力学问题。

4、公开号cn111219306a涉及双磁屏的霍尔推力器，该方案是在传统霍尔推力器的基础上在放电通道内部又增加了一个附加磁屏，引导避免磁力线与放电通道过多的相交，该方式只能削弱近阳极区的磁场强度，不能增强磁场。

技术实现思路

1、本发明为克服现有技术不足，提供一种后加载磁场的霍尔推力器，该霍尔推力器可在保证磁场后加载程度不变的前提下有效提高最大磁场强度，同时有利于后加载流场与磁场协同设计的实现。

2、一种后加载磁场的霍尔推力器包含内磁极、内铁芯、底板、外磁极、外陶瓷罩、内线圈、外线圈和气体分配器；所述内铁芯和外导磁罩分别置于底板的上表面，内磁极和外磁极分别置于内铁芯和外导磁罩顶部；所述内线圈置于内磁极、内铁芯和底板构成的空腔内；所述外线圈置于外磁极、外导磁罩和底板构成的空腔内；

3、还包含磁屏、通道绝缘陶瓷、内陶瓷和外陶瓷；所述磁屏为内外同心环形薄壁件，磁屏与底板分离且二者采用通道绝缘陶瓷隔离，所述通道绝缘陶瓷置于底板上表面，磁屏置于通道绝缘陶瓷上表面，内陶瓷与外陶瓷分别置于磁屏的内外壁顶部，且三者围成环形放电通道，磁屏内布置有气体分配器，所述气体分配器具有相通的一级缓冲腔和二级缓冲腔，气体分配器、磁屏内外壁、内陶瓷和外陶瓷合围形成二级缓冲腔，二级缓冲腔与放电通道内部连通，气体分配器内部设置有阳极，阳极与气体分配器之间绝缘。

4、本发明相比现有技术的有益效果是：

5、本发明后加载磁场的霍尔推力器，最大限度地缩短了传统霍尔推力器磁路中内、外磁极之间的距离，降低了磁阻。此外，本发明结构将磁屏直接作为放电通道壁面的一部分，为内线圈及内铁芯径向尺寸腾出了足够的空间，有利于缓解内部磁路的饱和效应，可有效提高后加载磁场霍尔推力器的磁场强度。另一方面，磁屏直接作为通道侧壁的一部分，起到了简化拓扑结构、降低尺寸及重量的作用。

6、下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步地说明：

技术特征：

1.一种后加载磁场的霍尔推力器，包含内磁极(1)、内铁芯(2)、底板(3)、外磁极(6)、外陶瓷罩(7)、内线圈(10)、外线圈(11)和气体分配器；所述内铁芯(2)和外导磁罩(7)分别置于底板(3)的上表面，内磁极(1)和外磁极(6)分别置于内铁芯(2)和外导磁罩(7)顶部；

2.根据权利要求1所述一种后加载磁场的霍尔推力器，其特征在于：所述气体分配器包含分配器底座(14-1)、分配器一级挡板(14-2)和分配器二级挡板(14-3)；所述分配器底座(14-1)上表面内、外两侧分别伸出一个侧壁，双侧壁形成同心的内外环形体，所述分配器一级挡板(14-2)截面呈“凸”字形的环形体，分配器一级挡板(14-2)的下部开口，所述分配器一级挡板(14-2)的下部插装在分配器底座(14-1)内外侧壁上，分配器一级挡板(14-2)顶部内、外表面分别具有沿圆周均匀分布的出气孔，所述分配器二级挡板(14-3)为内外同心的环形体，底部具有定位凸台，卡在分配器一级挡板(14-2)顶部凸台的内外侧面上。

3.根据权利要求1所述一种后加载磁场的霍尔推力器，其特征在于：所述分配器底座(14-1)与分配器一级挡板(14-2)所形成的空腔为一级缓冲腔(15)，所述分配器一级挡板(14-2)顶部、分配器二级挡板(14-3)内外侧壁及磁屏(4)内外侧壁合围形成的空腔为二级缓冲腔(16)。

4.根据权利要求2所述一种后加载磁场的霍尔推力器，其特征在于：内陶瓷(81)的外表面与外陶瓷(82)的内表面之间径向距离为w1，磁屏(4)的内壁外侧面与外壁的内侧面之间距离为w2，分配器二级挡板(14-3)的内环体外侧面与外环体内侧面之间径向距离为w3，满足如下关系：w1＝w3；w2≥w1+4。

5.根据权利要求1、2或3所述一种后加载磁场的霍尔推力器，其特征在于：所述气体分配器的材质为1cr18ni9ti无磁不锈钢。

6.根据权利要求2所述一种后加载磁场的霍尔推力器，其特征在于：所述出气孔的孔径为0.5-0.7mm。

7.根据权利要求1所述一种后加载磁场的霍尔推力器，其特征在于：阳极(13)布置在阳极绝缘陶瓷(12)的上表面，阳极绝缘陶瓷(12)的布置在分配器二级挡板(14-3)的内部底部。

8.根据权利要求1所述一种后加载磁场的霍尔推力器，其特征在于：内磁极(1)、内铁芯(2)、底板(3)、磁屏(4)、外磁极(6)和外导磁罩(7)均为导磁材料。

9.根据权利要求7所述一种后加载磁场的霍尔推力器，其特征在于：阳极绝缘陶瓷(12)与通道绝缘陶瓷(5)均为氧化铝陶瓷。

10.根据权利要求2所述一种后加载磁场的霍尔推力器，其特征在于：分配器二级挡板(14-3)的内外同心的环形体分别与磁屏(4)的内外壁的径向距离为2.5mm。

技术总结
一种后加载磁场的霍尔推力器，它包含内磁极、内铁芯、底板、外磁极、外陶瓷罩、内线圈、外线圈、气体分配器、磁屏、通道绝缘陶瓷、内陶瓷和外陶瓷；磁屏为内外同心环形薄壁件，磁屏与底板分离且二者采用通道绝缘陶瓷隔离，通道绝缘陶瓷置于底板上表面，磁屏置于通道绝缘陶瓷上表面，内陶瓷与外陶瓷分别置于磁屏的内外壁顶部，且三者围成环形放电通道，磁屏内布置有气体分配器，气体分配器具有相通的一级缓冲腔和二级缓冲腔，气体分配器、磁屏内外壁、内陶瓷和外陶瓷合围形成二级缓冲腔，二级缓冲腔与放电通道内部连通。本发明在保证磁场后加载程度不变的前提下有效提高最大磁场强度，同时有利于后加载流场与磁场协同设计的实现。

技术研发人员：李鸿,刘星宇,丁永杰,魏立秋,于达仁
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14