CN103835905B - 多级会切磁场等离子体推动器的变截面通道 - Google Patents

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多级会切磁场等离子体推动器的变截面通道，本发明属于会切磁场等离子体推动器领域，尤其涉及会切磁场等离子体推动器的变截面通道。本发明是为了解决现有会切磁场等离子体推动器直通道壁面容易出现气体工质逸漏的问题。等离子体推动器的陶瓷通道内侧壁沿陶瓷通道的轴向方向嵌固有n个圆环形的凸台，n个凸台的内侧壁均为圆柱面，或n个凸台的轴向截面的内侧壁均呈拱形，其中n为正整数，本发明通过在通道内部增加凸台来改变截面，使等离子体推动器的陶瓷直通道壁面呈现出变截面的形式，这就使得气体工质在壁面处能够充分电离，防止壁面气体逸漏，从而消除出口可能存在的二次羽流。本方发明适用于会切磁场等离子体推动器中。

Description

多级会切磁场等离子体推动器的变截面通道
技术领域
本发明属于会切磁场等离子体推动器领域，尤其涉及会切磁场等离子体推动器的变截面通道。
背景技术
会切磁场等离子体推动器是目前国际涌现出的一类新型电推进概念，与传统电推进装置不同，它主要包括陶瓷放电通道和极性相反的永磁铁，阴极释放的电子在电磁场作用下做趋近于阳极的螺旋运动，此过程中阳极释放气体工质与电子碰撞发生电离，电离出的离子会在轴向电场作用下加速喷出形成推力。由于轴向磁场的磁约束和磁尖端的磁镜作用可避免电子与通道内壁的碰撞，使得发动机寿命更长、推力和效率等性能更优。然而，由于电子很难到达直通道壁面，这就使得气体工质在壁面处电离程度不充分，部分气体工质未被电离就排出，即壁面气体工质逸漏，从而造成电离不充分和气体工质利用率的下降，当气体工质运动至出口磁尖端处，可能会在出口尖端处发生电离，引起二次羽流，致使羽流发散角的扩大，造成有效推力及其效率的下降。
发明内容
本发明是为了解决现有会切磁场等离子体推动器直通道壁面容易出现气体工质逸漏的问题，现提供多级会切磁场等离子体推动器的变截面通道。
本发明提供了两种结构的多级会切磁场等离子体推动器的变截面通道，其中：
第一种结构：多级会切磁场等离子体推动器的变截面通道，等离子体推动器的陶瓷通道内侧壁沿陶瓷通道的轴向方向嵌固有n个圆环形的凸台，n个凸台的内侧壁均为圆柱面，所述n个凸台的内径与外径的差值均在2mm至10mm之间，n个凸台的内径沿陶瓷通道的阳极至阴极逐渐增大，其中n为正整数。
第二种结构：多级会切磁场等离子体推动器的变截面通道，等离子体推动器的陶瓷通道内部沿陶瓷通道的轴向方向嵌固有n个圆环形的凸台，n个凸台的轴向截面的内侧壁均呈拱形；n个凸台的最小内径沿陶瓷通道的阳极至阴极逐渐增大，且保持n个凸台的内壁均不与等离子体推动器产生的磁力线相交；其中n为正整数。
本发明所述的多级会切磁场等离子体推动器的变截面通道，通过在通道内部增加凸台来改变截面，使等离子体推动器的陶瓷直通道壁面呈现出变截面的形式，这就使得气体工质在壁面处能够充分电离，防止壁面气体逸漏，从而消除出口可能存在的二次羽流，控制了羽流发散角的大小，使电离效率提高10%，推力提高了15%，实现更高的比冲和效益。
同时，由于凸台的使用在磁尖端处存在截面较大的不规则变化，会使气体在此处形成一个涡流，增加了气体的流动阻力，从而增加了气体在磁尖端处的滞留时间，而磁尖端处是主要电离区，使气体的电离率提高了10%。此外，波浪曲面内壁可改壁面层流流动为紊流流动，也能够减缓气体流动。
本方发明所述的多级会切磁场等离子体推动器的变截面通道，适用于会切磁场等离子体推动器中。
附图说明
图1为具体实施方式一所述凸台的结构示意图。
图2为图1的A-A视图。
图3为具体实施方式二所述的多级会切磁场等离子体推动器的变截面通道的剖面图，曲线A表示磁力线。
图4为具体实施方式四所述凸台的结构示意图。
图5为图4的B-B视图。
图6为具体实施方式四所述的多级会切磁场等离子体推动器的变截面通道的剖面图，曲线B表示磁力线。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1、图2和图3具体说明本实施方式，本实施方式所述的多级会切磁场等离子体推动器的变截面通道，等离子体推动器的陶瓷通道内侧壁沿陶瓷通道的轴向方向嵌固有n个圆环形的凸台1，n个凸台1的内侧壁均为圆柱面，所述n个凸台1的内径与外径的差值均在2mm至10mm之间，n个凸台1的内径沿陶瓷通道的阳极至阴极逐渐增大，其中n为正整数。
本实施方式中，所述凸台的内径与外径的差值太大会影响离子的轴向运动，太小则对壁面气体逸漏现象的改善不明显，因此在2mm至10mm之间为最优值。
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的多级会切磁场等离子体推动器的变截面通道作进一步说明，本实施方式中，每个凸台1均对应在相邻的两个磁极之间的磁尖端。
凸台位于陶瓷通道磁尖端能够提高电离效率。
具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的多级会切磁场等离子体推动器的变截面通道作进一步说明，本实施方式中，所述等离子体推动器的陶瓷通道的内壁呈波浪形。
当采用直圆环凸台时，陶瓷通道内壁做成波浪曲面，能够使壁面气体流动为紊流，更充分的电离壁面气体。
具体实施方式四：参照图4、图5和图6具体说明本实施方式，本实施方式所述的多级会切磁场等离子体推动器的变截面通道，等离子体推动器的陶瓷通道内部沿陶瓷通道的轴向方向嵌固有n个圆环形的凸台1，n个凸台1的轴向截面的内侧壁均呈拱形；n个凸台1的最小内径沿陶瓷通道的阳极至阴极逐渐增大，且保持n个凸台1的内壁均不与等离子体推动器产生的磁力线相交；其中n为正整数。
本实施方式中，不同凸台最小内径不同，且弧度和宽度也不同；n个凸台的最小内径沿陶瓷通道的阳极至阴极逐渐增大，呈现扩张型，以减小凸台对等离子体，特别是离子的阻碍。
凸台内部曲线与磁力线平行，保持n个凸台的内壁均不与等离子体推动器产生的磁力线相交，能够避免过多的电子与壁面的碰撞损失。
具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式四所述的多级会切磁场等离子体推动器的变截面通道作进一步说明，本实施方式中，每个凸台1均对应一级永磁铁的中间部位。
本实施方式中，每个凸台均对应一级永磁铁的中间部位，能够避开磁尖端处较大的电离区，从而扩大磁尖端电离区的电离空间，提高电离效率。
具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式四所述的多级会切磁场等离子体推动器的变截面通道作进一步说明，本实施方式中，在等离子体推动器的陶瓷通道内部的磁尖端设有导磁体。
具体实施方式七：本实施方式是对具体实施方式六所述的多级会切磁场等离子体推动器的变截面通道作进一步说明，本实施方式中，所述导磁体的材料为纯铁。
具体实施方式八：本实施方式是对具体实施方式一或四所述的多级会切磁场等离子体推动器的变截面通道作进一步说明，本实施方式中，n个凸台1的材料与陶瓷通道的材料均为氮化硼。
具体实施方式九：本实施方式是对具体实施方式一或四所述的多级会切磁场等离子体推动器的变截面通道作进一步说明，本实施方式中，所述n个凸台1与陶瓷通道成一体式结构。
为保证发动机安全可靠，将凸台与发动机陶瓷通道做成整体式，可通过热压烧结实现，或者使用高温陶瓷粘结剂，将凸台与陶瓷通道粘结成为一体。而波浪曲面内壁也可通过制作相应模具热压成形。

Claims (4)

1.多级会切磁场等离子体推动器的变截面通道，其特征在于，等离子体推动器的陶瓷通道内侧壁沿陶瓷通道的轴向方向嵌固有n个圆环形的凸台(1)，n个凸台(1)的内侧壁均为圆柱面，所述n个凸台(1)的内径与外径的差值均在2mm至10mm之间，n个凸台(1)的内径沿陶瓷通道的阳极至阴极逐渐增大，其中n为正整数，每个凸台(1)均对应在相邻的两个磁极之间的磁尖端。
2.根据权利要求1所述的多级会切磁场等离子体推动器的变截面通道，其特征在于，所述等离子体推动器的陶瓷通道的内壁呈波浪形。
3.根据权利要求1所述的多级会切磁场等离子体推动器的变截面通道，其特征在于，n个凸台(1)的材料与陶瓷通道的材料均为氮化硼。
4.根据权利要求1所述的多级会切磁场等离子体推动器的变截面通道，其特征在于，所述n个凸台(1)与陶瓷通道成一体式结构。
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