CN108303578A - 电推力器空间羽流检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电推力器空间羽流检测装置,属于电推进器等离子体测量领域,该电推力器空间羽流检测装置包括底座、法拉第探针、磁场线圈筒和保护壳;法拉第探针两侧分别设置有磁通量同向设置的磁场线圈筒,保护壳与底座相连接,保护壳具有用以通过入射离子的轴线垂直于磁场线圈筒磁通方向的入射孔;磁场线圈筒形成的磁场能够屏蔽经过入射孔的非轴向入射离子,以使法拉第探针能够能到精确空间束电流密度,从而提高法拉第探针测量精度。
Description
技术领域
本发明涉及电推进器等离子体测量领域,具体涉及一种电推力器空间羽流检测装置。
背景技术
离子推力器、霍尔推力器等电推力器因其比冲高、寿命长和***质量较小等优点而广泛应用于航天器的姿态和轨道控制。准确获取电推力器真空羽流参数对评估电推力器和航天器性能是至关重要的。
电推力器真空羽流是等离子体,主要包含离子、电子和中性气体分子等,得到羽流中束电流密度分布是评估电推力器寿命及其羽流效应的重要指标,法拉第探针是测量空间离子密度分布的一种简易手段及方法。
裸露式法拉第探针在空间羽流中接收的离子必来自多个方向,但得到轴向束电流密度才是法拉第探针的设计目的。消除非轴向的束电流密度有许多手段,其中最简单的方式为套筒型法拉第探针,但考虑到在狭小长管中粒子间碰撞产生的影响,套筒型法拉第探针并不是一个理想的解决办法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电推力器空间羽流检测装置,该电推力器空间羽流检测装置中,利用磁场线圈筒产生的磁场能够将入射粒子中的非轴向离子以及低速入射离子进行屏蔽,从而使轴向入射粒子进入磁场并受力偏转后打在法拉第探针的安装位置,使法拉第探针能够能到精确空间束电流密度。
基于上述目的,本发明提供的电推力器空间羽流检测装置,包括:底座、法拉第探针、磁场线圈筒和保护壳;
所述法拉第探针两侧分别设置有磁通量同向设置的所述磁场线圈筒,所述磁场线圈筒和所述法拉第探针分别与所述底座相连接;
所述保护壳与所述底座相连接,所述保护壳和所述底座围设成的空间能够容纳所述法拉第探针和所述磁场线圈筒;所述保护壳具有用以通过入射离子的轴线垂直于磁场线圈筒磁通方向的入射孔;
所述磁场线圈筒形成的磁场能够屏蔽经过入射孔的非轴向入射离子,以使所述法拉第探针能够能到精确空间束电流密度。
上述的电推力器空间羽流检测装置中,保护壳与底座形成的空间起到保护法拉第探针、磁场线圈筒的作用,保护壳上的入射孔起到用于向磁场线圈筒形成的磁场中打入入射粒子的通道作用,分布在法拉第探针两侧磁场线圈筒之间形成的磁场能够使轴向离子进入磁场后受力偏转并打在法拉第探针的安装位置,并能够利用该磁场使非轴向离子及低速入射离子偏转后不被法拉第探针采集到,从而提高法拉第探针测量精度。
进一步的,位于所述法拉第探针两侧的所述磁场线圈筒同轴布置。
上述两个磁场线圈筒采用同轴布置方式,能够确保磁通方向相同且稳定,保障磁场的均匀性。
进一步的,所述磁场线圈筒侧壁具有一连接体,所述连接体与所述底座可拆卸连接。
磁场线圈筒与底座采用可拆卸连接方式,方便对磁场线圈筒进行更换,提高使用的便捷性。
进一步的,所述保护壳与所述底座可拆卸连接。
保护壳与底座采用可拆卸连接方式,方便对保护壳或者底座进行更换,提高使用的便捷性。
进一步的,所述法拉第探针与所述底座可拆卸连接。
法拉第探针与底座采用可拆卸连接方式,方便对法拉第探针进行更换,提高使用的便捷性。
进一步的,所述底座包括第一支撑座和第二支撑座,所述第一支撑座的同一端面的两侧分别设置连接所述第二支撑座,并且,所述第二支撑座分别位于所述磁场线圈筒的径向方向。
进一步的,所述第一支撑座上设置第一安装槽,所述第一安装槽贯穿所述第一支撑座,所述法拉第探针的连接杆能够与所述第一安装槽可拆卸连接。
由于法拉第探针的安装位置需要根据离子带电量、磁场强度、离子运动速度、粒子质量等各参数确定,并且,法拉第探针的连接杆能够与第一安装槽可拆卸连接,因此,第一安装槽的设置可以满足法拉第探针的位置调整需求。
进一步的,所述第二支撑座具有第二安装槽,所述保护壳的能够与所述第二安装槽可拆卸连接。
保护壳与第二安装槽采用可拆卸连接方式,方便对法拉第探针进行更换,提高使用的便捷性。
进一步的,所述保护壳设置为U形,其两个侧板能够分别插装在所述第二支撑座的第二安装槽内,所述侧板伸入至第二安装槽的部分设置用以容纳螺钉的限位槽。
进一步的,所述法拉第探针采用裸露式探针。
有益效果:
本发明提供的电推力器空间羽流检测装置包括底座、法拉第探针、磁场线圈筒和保护壳;法拉第探针两侧分别设置有磁通量同向设置的磁场线圈筒,磁场线圈筒和所述法拉第探针分别与所述底座相连接;保护壳与底座相连接,保护壳和底座围设成的空间能够容纳法拉第探针和磁场线圈筒;保护壳具有用以通过入射离子的轴线垂直于磁场线圈筒磁通方向的入射孔;
磁场线圈筒形成的磁场能够屏蔽经过入射孔的非轴向入射离子,以使法拉第探针能够能到精确空间束电流密度。
上述的电推力器空间羽流检测装置中,保护壳与底座形成的空间起到保护法拉第探针、磁场线圈筒的作用,保护壳上的入射孔起到用于向磁场线圈筒形成的磁场中打入入射粒子的通道作用,分布在法拉第探针两侧磁场线圈筒之间形成的磁场能够使轴向离子进入磁场后受力偏转并打在法拉第探针的安装位置,并能够利用该磁场使非轴向离子及低速入射离子偏转后不被法拉第探针采集到,从而提高法拉第探针测量精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的电推力器空间羽流检测装置的立体结构示意图;
图2为本发明实施例提供的电推力器空间羽流检测装置在第一视角的结构示意图;
图3为本发明实施例提供的电推力器空间羽流检测装置在第二视角的结构示意图;
图4为本发明实施例提供的电推力器空间羽流检测装置中,保护壳的结构示意图;
图5为本发明实施例提供的电推力器空间羽流检测装置的内部构件结构示意图;
图6为本发明实施例提供的电推力器空间羽流检测装置中,磁场线圈筒的工作原理图;
图7为本发明实施例提供的电推力器空间羽流检测装置的工作原理图。
图标:100-底座;101-第一支撑座;102-第二支撑座;103-第一安装槽;104-第二安装槽;200-法拉第探针;300-磁场线圈筒;301-连接体;400-保护壳;401-入射孔;402-侧板;403-限位槽;404-垫圈。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明提供的一种电推力器空间羽流检测装置,利用洛仑兹力来屏蔽非轴向入射以及低速轴向入射离子。空间中带电粒子受洛仑兹力遵循下式:
式中,Sion为离子位移,q表示离子带电量,B表示磁场强度,Vion为离子运动速度,m表示粒子质量。在设计本产品时,根据上述各参数得到轴向入射离子的偏转位移,并调整裸露式法拉第探针与入射中轴线的偏心距,即可得到轴向入射的束电流密度。
请参照图1-图5所示;本发明实施例中提供的电推力器空间羽流检测装置包括:本发明提供的电推力器空间羽流检测装置,包括:底座100、法拉第探针200、磁场线圈筒300和保护壳400。
法拉第探针200两侧分别设置有磁通量同向设置的磁场线圈筒300,磁场线圈筒300和法拉第探针200分别与底座100相连接;
保护壳400与底座100相连接,保护壳400和底座100围设成的空间能够容纳法拉第探针200和磁场线圈筒300;保护壳400具有用以通过入射离子的轴线垂直于磁场线圈筒300磁通方向的入射孔401;
磁场线圈筒300形成的磁场能够屏蔽经过入射孔401的非轴向入射离子,以使法拉第探针200能够能到精确空间束电流密度。
上述的电推力器空间羽流检测装置中,保护壳400与底座100形成的空间起到保护法拉第探针200、磁场线圈筒300的作用,保护壳400上的入射孔401起到用于向磁场线圈筒300形成的磁场中打入入射粒子的通道作用,分布在法拉第探针200两侧磁场线圈筒300之间形成的磁场能够使轴向离子进入磁场后受力偏转并打在法拉第探针200的安装位置,并能够利用该磁场使非轴向离子及低速入射离子偏转后不被法拉第探针200采集到,从而提高法拉第探针200测量精度。
请参照图5和图6,本发明的一个优选实施方案中,位于法拉第探针200两侧的磁场线圈筒300同轴布置。上述两个磁场线圈筒300采用同轴布置方式,能够确保磁通方向相同且稳定,保障磁场的均匀性。
并且,两个磁场线圈筒300的大小规格相同,两个磁场线圈筒300依照直流电流产生的磁场N极和S极相对应设置,即,两个磁场线圈筒300的磁通量同向设置,以便于对入射离子中的非轴向离子屏蔽及低速离子进行屏蔽。其中,图6中箭头所示方向为磁通方向。
请参照图2,示出的本产品在长度方向的示意图,本发明的一个优选实施方案中,磁场线圈筒300侧壁具有一连接体301,连接体301与底座100可拆卸连接。
具体实施时,连接体301与底座100之间通过螺钉可拆卸连接,磁场线圈筒300与底座100采用上述的可拆卸连接方式,方便对磁场线圈筒300进行更换,提高使用的便捷性。
本发明的一个优选实施方案中,保护壳400与底座100可拆卸连接。
保护壳400与底座100采用可拆卸连接方式,方便对保护壳400或者底座100进行更换,提高使用的便捷性。
本发明的一个优选实施方案中,法拉第探针200与底座100可拆卸连接。
法拉第探针200与底座100采用可拆卸连接方式,方便对法拉第探针200进行更换,提高使用的便捷性。
本发明的一个优选实施方案中,底座100包括第一支撑座101和第二支撑座102,第一支撑座101的同一端面的两侧分别设置连接第二支撑座102,并且,第二支撑座102分别位于磁场线圈筒300的径向方向。
本发明的一个优选实施方案中,第一支撑座101优选采用陶瓷材质,第一支撑座101上设置第一安装槽103,第一安装槽103贯穿第一支撑座101,法拉第探针200的连接杆能够与第一安装槽103可拆卸连接。
由于法拉第探针200的安装位置需要根据离子带电量、磁场强度、离子运动速度、粒子质量等各参数确定,并且,法拉第探针200的连接杆能够与第一安装槽103可拆卸连接,因此,第一安装槽103的设置可以满足法拉第探针200的位置调整需求。
本发明的一个优选实施方案中,第二支撑座102优选采用不锈钢材质,第二支撑座102具有第二安装槽104,保护壳400的能够与第二安装槽104可拆卸连接。
保护壳400与第二安装槽104采用可拆卸连接方式,方便对法拉第探针200进行更换,提高使用的便捷性。
本发明的一个优选实施方案中,保护壳400优选设置为U形,其两个侧板402能够分别插装在第二支撑座102的第二安装槽104内,侧板402伸入至第二安装槽104的部分设置用以容纳螺钉的限位槽403。螺钉与侧板之间还设置有垫圈404。
本发明的一个优选实施方案中,法拉第探针200采用裸露式探针。
本发明提供的电推力器空间羽流检测装置的装配过程如下:
首先将第一支撑座101和第二支撑座102通过螺钉连接,将固定螺栓半锁入不锈钢第二支撑座102中第二安装槽104内,准备进行保护壳400的固定,再将裸露式法拉第探针200依照实验需求固定在陶瓷下底座100中第一安装槽103上。
将两个缠绕导线线圈的磁场线圈筒300依照直流电流产生的磁场N、S级相对,平行放置在第一支撑座101上,同时利用螺钉将其固定在第一支撑座101上。最后将保护壳400***第二支撑座102的第二安装槽104内,锁紧固定螺钉,确认固定螺钉卡在保护壳400下端的槽内,完成装配。
请参照图7,本发明提供的电推力器空间羽流检测装置的工作流程为:
1、电推力器点火喷射等离子体,形成羽流;
2、分别为两个磁场线圈筒300施加直流电压,并且产生稳定磁场;
3、经过磁场线圈筒300的束离子由于磁场作用,屏蔽非轴向入射离子和速度较低的离子,得到精确的空间束电流密度。
4、通过电流大小计算羽流的电流密度和离子数密度。
本发明提供的上述的电推力器空间羽流检测装置,相对于现有技术,具有以下特点:
1、利用磁场线圈筒300产生的磁场将部分非轴向离子和低速的离子屏蔽,从而使法拉第探针200达到较高的测量精度;
2、舍弃使用平行磁铁,而利用直流电线圈生成磁场,以得到均匀且方便进行计算的磁场。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种电推力器空间羽流检测装置,其特征在于,包括:底座、法拉第探针、磁场线圈筒和保护壳;
所述法拉第探针两侧分别设置有磁通量同向设置的所述磁场线圈筒,所述磁场线圈筒和所述法拉第探针分别与所述底座相连接;
所述保护壳与所述底座相连接,所述保护壳和所述底座围设成的空间能够容纳所述法拉第探针和所述磁场线圈筒;所述保护壳具有用以通过入射离子的轴线垂直于磁场线圈筒磁通方向的入射孔;
所述磁场线圈筒形成的磁场能够屏蔽经过入射孔的非轴向入射离子以及低速入射粒子,以使所述法拉第探针能够能到精确空间束电流密度。
2.根据权利要求1所述的电推力器空间羽流检测装置,其特征在于,位于所述法拉第探针两侧的所述磁场线圈筒同轴布置。
3.根据权利要求1所述的电推力器空间羽流检测装置,其特征在于,所述磁场线圈筒侧壁具有一连接体,所述连接体与所述底座可拆卸连接。
4.根据权利要求1所述的电推力器空间羽流检测装置,其特征在于,所述保护壳与所述底座可拆卸连接。
5.根据权利要求1任一项所述的电推力器空间羽流检测装置,其特征在于,所述法拉第探针与所述底座可拆卸连接。
6.根据权利要求1-5任一项所述的电推力器空间羽流检测装置,其特征在于,所述底座包括第一支撑座和第二支撑座,所述第一支撑座的同一端面的两侧分别设置连接所述第二支撑座,并且,所述第二支撑座分别位于所述磁场线圈筒的径向方向。
7.根据权利要求6所述的电推力器空间羽流检测装置,其特征在于,所述第一支撑座上设置第一安装槽,所述第一安装槽贯穿所述第一支撑座,所述法拉第探针的连接杆能够与所述第一安装槽可拆卸连接。
8.根据权利要求6所述的电推力器空间羽流检测装置,其特征在于,所述第二支撑座具有第二安装槽,所述保护壳的能够与所述第二安装槽可拆卸连接。
9.根据权利要求8所述的电推力器空间羽流检测装置,其特征在于,所述保护壳设置为U形,其两个侧板能够分别插装在所述第二支撑座的第二安装槽内,所述侧板伸入至第二安装槽的部分设置用以容纳螺钉的限位槽。
10.根据权利要求1所述的电推力器空间羽流检测装置,其特征在于,所述法拉第探针采用裸露式探针。
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