CN111664070B - 一种金属丝爆增强型微毛细管脉冲等离子体推力器 - Google Patents

一种金属丝爆增强型微毛细管脉冲等离子体推力器 Download PDF

Info

Publication number
CN111664070B
CN111664070B CN202010749023.8A CN202010749023A CN111664070B CN 111664070 B CN111664070 B CN 111664070B CN 202010749023 A CN202010749023 A CN 202010749023A CN 111664070 B CN111664070 B CN 111664070B
Authority
CN
China
Prior art keywords
metal wire
anode nozzle
cathode base
capillary cavity
explosion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010749023.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111664070A (zh
Inventor
王亚楠
韩若愚
任林渊
丁卫东
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Jiaotong University
Original Assignee
Xian Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Jiaotong University filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CN202010749023.8A priority Critical patent/CN111664070B/zh
Publication of CN111664070A publication Critical patent/CN111664070A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111664070B publication Critical patent/CN111664070B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03H—PRODUCING A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03H1/00—Using plasma to produce a reactive propulsive thrust
    • F03H1/0087—Electro-dynamic thrusters, e.g. pulsed plasma thrusters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

本发明提供一种金属丝爆增强型微毛细管脉冲等离子体推力器。所述金属丝爆增强型微毛细管脉冲等离子体推力器包括阳极喷嘴；毛细管腔体，所述毛细管腔体安装在所述阳极喷嘴的一侧；触发电极，所述触发电极设置在所述毛细管腔体上；阴极基座，所述阴极基座安装在所述毛细管腔体远离所述阳极喷嘴的一侧，所述阴极基座的中心位置开设有中孔；金属丝，所述金属丝的一端贯穿所述中孔并延伸至所述毛细管腔体内。本发明提供的金属丝爆增强型微毛细管脉冲等离子体推力器具有体积小、输出元冲量可拓展范围广的优点。

Description

一种金属丝爆增强型微毛细管脉冲等离子体推力器
技术领域
本发明涉及微型电推力器技术领域，尤其涉及一种金属丝爆增强型微毛细管脉冲等离子体推力器。
背景技术
脉冲等离子体推力器是一种基于火花塞放电产生等离子体，由此引起主储能电容放电形成电弧烧蚀推进剂表面，汽化和分解的推进剂在电磁力和气动力作用下喷出产生推力的脉冲等离子体装置。脉冲等离子体推力器主要用于微纳卫星旋转消除、轨道定位(轨道***)、长期在轨(轨道维持)、轨道和位置调整、姿态控制、编队飞行、卸轨等任务。随着航天技术的不断发展，电推进技术愈益成为衡量相关卫星平台先进性的标志之一。微脉冲等离子体推力器可产生小而精确的离散化元冲量，满足不同任务参数需求。随着微型在轨时间的增长和执行任务复杂度的增大，往往对其推进***总冲和元冲量调节范围提出更高的要求。如何在保持推进***结构简单、质量轻，且高比冲等优势特点情况下，进一步提高总冲，对于微脉冲等离子体推力器具有重要意义。
现有微型脉冲等离子体推力器通常需要半导体火花塞沿面放电触发，外置触发***庞杂、且积碳等问题会限制火花塞受寿命，进而影响***寿命短暂；此外，现有脉冲等离子体推进技术存在输出元冲量小，范围窄，总冲量低和效率底下等诸多问题。
因此，有必要提供一种新的金属丝爆增强型微毛细管脉冲等离子体推力器解决上述技术问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种体积小、输出元冲量拓展能力强的金属丝爆增强型微毛细管脉冲等离子体推力器。
为解决上述技术问题，本发明提供的金属丝爆增强型微毛细管脉冲等离子体推力器包括：
阳极喷嘴；
毛细管腔体，所述毛细管腔体安装在所述阳极喷嘴的一侧；
触发电极，所述触发电极设置在所述毛细管腔体上；
阴极基座，所述阴极基座安装在所述毛细管腔体远离所述阳极喷嘴的一侧，所述阴极基座的中心位置开设有中孔；
金属丝，所述金属丝的一端贯穿所述中孔并延伸至所述毛细管腔体内。
优选的，所述毛细管腔体的两端均设置有内螺纹，所述阳极喷嘴和所述阴极基座上设置有外螺纹，所述阳极喷嘴、所述毛细管腔体和所述阴极基座通过螺纹紧密连接。
优选的，所述触发电极位于靠近阴极基座的位置，所述触发电极与所述阴极基座间距为毫米量级，其间隙构成触发沿面。
优选的，所述中孔内安装有金属丝护套陶瓷管，所述金属丝贯穿所述金属丝护套陶瓷管。
优选的，所述阴极基座的一侧设有送丝机构，所述送丝机构与所述金属丝相适配。
优选的，所述毛细管腔体采用聚四氟乙烯材料。
优选的，所述金属丝的下端连接有金属丝驱动电路，所述金属丝驱动电路用于增强金属丝的电***效果。
优选的，所述阴极基座的底侧连接有阴极引线，所述阳极喷嘴的底侧连接有阳极喷嘴引线，阴极引线和所述阳极喷嘴连接有同一个主放电电容。
优选的，所述触发电极的底侧连接有触发电极引线，所述触发电极引线连接有触发电路，形成沿面放电，实现毛细管腔体的稳定触发。
与相关技术相比较，本发明提供的金属丝爆增强型微毛细管脉冲等离子体推力器具有如下有益效果：
本发明提供一种金属丝爆增强型微毛细管脉冲等离子体推力器，通过触发电极与阴极基座的微间隙沿面放电产生初始等离子体，诱发主间隙放电；主间隙放电形成后，金属丝放电回路导通，诱发金属丝爆；利用微间隙触发的方式替代了原有火花塞结构，大大减小了装置体积；金属丝爆可以显著增强输出元冲量，通过调节金属丝长度，可以灵活拓展单次元冲量输出范围，从而满足微纳卫星长期在轨运行时不同任务对元冲量的需求。
附图说明
图1为本发明提供的金属丝爆增强型微毛细管脉冲等离子体推力器的一种较佳实施例的结构示意图；
图中标号：1、阳极喷嘴，2、毛细管腔体，3、触发电极，4、阴极基座，5、金属丝护套陶瓷管，6、送丝机构，7、金属丝，8、金属丝驱动电路，9、阴极引线，10、触发电极引线，11、阳极喷嘴引线。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
请结合参阅图1，金属丝爆增强型微毛细管脉冲等离子体推力器包括：
阳极喷嘴1；
毛细管腔体2，所述毛细管腔体2安装在所述阳极喷嘴1的一侧；
触发电极3，所述触发电极3设置在所述毛细管腔体2上；
阴极基座4，所述阴极基座4安装在所述毛细管腔体2远离所述阳极喷嘴1的一侧，所述阴极基座4的中心位置开设有中孔；
金属丝7，所述金属丝7的一端贯穿所述中孔并延伸至所述毛细管腔体2内。
所述毛细管腔体2的两端均设置有内螺纹，所述阳极喷嘴1和所述阴极基座4上设置有外螺纹，所述阳极喷嘴1、所述毛细管腔体2和所述阴极基座4通过螺纹紧密连接。
所述触发电极3位于靠近阴极基座4的位置，所述触发电极3与所述阴极基座4间距为毫米量级，其间隙构成触发沿面。
所述中孔内安装有金属丝护套陶瓷管5，所述金属丝7贯穿所述金属丝护套陶瓷管5。
所述阴极基座4的一侧设有送丝机构6，所述送丝机构6与所述金属丝7相适配。
所述毛细管腔体2采用聚四氟乙烯材料，在高温高密度电弧的烧蚀作用下，不断相变、分解进入腔体内部，增大腔体内部压强，使得等离子体在压力梯度作用下不断向喷嘴运动，并最终向外喷射产生推力。
所述金属丝7的下端连接有金属丝驱动电路8，所述金属丝驱动电路8用于增强金属丝7的电***效果。
所述阴极基座4的底侧连接有阴极引线9，所述阳极喷嘴1的底侧连接有阳极喷嘴引线11，阴极引线9和所述阳极喷嘴连接有同一个主放电电容。
所述触发电极3的底侧连接有触发电极引线10，所述触发电极引线10连接有触发电路，形成沿面放电，实现毛细管腔体的稳定触发。
本发明提供的金属丝爆增强型微毛细管脉冲等离子体推力器的工作原理如下：
1、向触发电极3施加触发高压脉冲，诱发触发间隙发生沿面放电；
2、触发间隙沿面放电产生的等离子体在电场力作用下向阳极喷嘴1运动，诱发毛细管腔体2发生沿面放电；毛细管腔体2内部沿面放电形成后，储能电容存储的电能通过阴极引线9和阳极喷嘴引线11释放，使放电通道逐渐形成高温高密度等离子体电弧；毛细管腔体2采用聚四氟乙烯材料，在高温高密度电弧的烧蚀作用下，不断相变、分解进入腔体内部，增大腔体内部压强，使得等离子体在压力梯度作用下不断向喷嘴运动，并最终向外喷射产生推力；
3、当毛细管腔体2放电通道形成后，金属丝端部于阳极喷嘴1联通，金属丝驱动电路8储能向金属丝释放，诱发金属丝***，向外喷射等离子体；高速高密度高质量密度金属等离子体经阳极喷嘴向外喷射，产生反推力，可以显著增加推力器输出元冲量。
与相关技术相比较，本发明提供的金属丝爆增强型微毛细管脉冲等离子体推力器具有如下有益效果：
本发明提供一种金属丝爆增强型微毛细管脉冲等离子体推力器，通过触发电极与阴极基座的微间隙沿面放电产生初始等离子体，诱发主间隙放电；主间隙放电形成后，金属丝放电回路导通，诱发金属丝爆；利用微间隙触发的方式替代了原有火花塞结构，大大减小了装置体积；金属丝爆可以显著增强输出元冲量，通过调节金属丝长度，可以灵活拓展单次元冲量输出范围，从而满足微纳卫星长期在轨运行时不同任务对元冲量的需求。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种金属丝爆增强型微毛细管脉冲等离子体推力器，其特征在于，包括：
阳极喷嘴；
毛细管腔体，所述毛细管腔体安装在所述阳极喷嘴的一侧；
触发电极，所述触发电极设置在所述毛细管腔体上；
阴极基座，所述阴极基座安装在所述毛细管腔体远离所述阳极喷嘴的一侧，所述阴极基座的中心位置开设有中孔；
金属丝，所述金属丝的一端贯穿所述中孔并延伸至所述毛细管腔体内；
所述触发电极位于靠近阴极基座的位置，所述触发电极与所述阴极基座间距为毫米量级，其间隙构成触发沿面；
所述阴极基座的一侧设有送丝机构，所述送丝机构与所述金属丝相适配；
所述触发电极的底侧连接有触发电极引线，所述触发电极引线连接有触发电路，形成沿面放电，实现毛细管腔体的稳定触发。
2.根据权利要求1所述的金属丝爆增强型微毛细管脉冲等离子体推力器，其特征在于，所述毛细管腔体的两端均设置有内螺纹，所述阳极喷嘴和所述阴极基座上设置有外螺纹，所述阳极喷嘴、所述毛细管腔体和所述阴极基座通过螺纹紧密连接。
3.根据权利要求1所述的金属丝爆增强型微毛细管脉冲等离子体推力器，其特征在于，所述中孔内安装有金属丝护套陶瓷管，所述金属丝贯穿所述金属丝护套陶瓷管。
4.根据权利要求1所述的金属丝爆增强型微毛细管脉冲等离子体推力器，其特征在于，所述毛细管腔体采用聚四氟乙烯材料。
5.根据权利要求1所述的金属丝爆增强型微毛细管脉冲等离子体推力器，其特征在于，所述金属丝的下端连接有金属丝驱动电路，所述金属丝驱动电路用于增强金属丝的电***效果。
6.根据权利要求1所述的金属丝爆增强型微毛细管脉冲等离子体推力器，其特征在于，所述阴极基座的底侧连接有阴极引线，所述阳极喷嘴的底侧连接有阳极喷嘴引线，阴极引线和所述阳极喷嘴连接有同一个主放电电容。
CN202010749023.8A 2020-07-30 2020-07-30 一种金属丝爆增强型微毛细管脉冲等离子体推力器 Active CN111664070B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010749023.8A CN111664070B (zh) 2020-07-30 2020-07-30 一种金属丝爆增强型微毛细管脉冲等离子体推力器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010749023.8A CN111664070B (zh) 2020-07-30 2020-07-30 一种金属丝爆增强型微毛细管脉冲等离子体推力器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111664070A CN111664070A (zh) 2020-09-15
CN111664070B true CN111664070B (zh) 2021-06-04

Family

ID=72392707

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010749023.8A Active CN111664070B (zh) 2020-07-30 2020-07-30 一种金属丝爆增强型微毛细管脉冲等离子体推力器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111664070B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112582884B (zh) * 2020-11-05 2022-03-08 西安交通大学 一种基于低工作系数低抖动触发的气体开关结构
CN112682286A (zh) * 2020-12-11 2021-04-20 中国电子科技集团公司第十二研究所 一种高可靠性电推进用空心阴极结构
CN113623159A (zh) * 2021-09-18 2021-11-09 西安交通大学 一种同轴型真空电弧推进器的推进剂自动补给装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2468543C1 (ru) * 2011-08-01 2012-11-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) Способ организации рабочего процесса в камере лазерного ракетного двигателя и лазерный ракетный двигатель
RU2612312C1 (ru) * 2015-11-13 2017-03-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) Искусственный спутник
CN107061210A (zh) * 2017-05-18 2017-08-18 西安交通大学 一种基于电热电磁混合加速的脉冲等离子体推力器
CN110630460A (zh) * 2019-10-17 2019-12-31 北京航空航天大学 一种分段阳极高比冲脉冲等离子体推力器

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2468543C1 (ru) * 2011-08-01 2012-11-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) Способ организации рабочего процесса в камере лазерного ракетного двигателя и лазерный ракетный двигатель
RU2612312C1 (ru) * 2015-11-13 2017-03-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) Искусственный спутник
CN107061210A (zh) * 2017-05-18 2017-08-18 西安交通大学 一种基于电热电磁混合加速的脉冲等离子体推力器
CN110630460A (zh) * 2019-10-17 2019-12-31 北京航空航天大学 一种分段阳极高比冲脉冲等离子体推力器

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
毛细管型脉冲等离子体推力器研究现状综述;王亚楠，丁卫东，程乐，李悦，孙安邦;《电工技术学报》;20181024;全文 *
水中裸铜丝与镀膜铜丝电***积分光谱与;韩若愚，吴佳玮，周海滨，邱爱慈;《电工技术学报》;20171023;全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111664070A (zh) 2020-09-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111664070B (zh) 一种金属丝爆增强型微毛细管脉冲等离子体推力器
KR102603406B1 (ko) 내부 와이어 트리거 방식의 펄스 음극 아크 추진 시스템
US8875485B2 (en) Micro-cathode thruster and a method of increasing thrust output for a micro-cathode thruster
Schein et al. Inductive energy storage driven vacuum arc thruster
CN106742073B (zh) 一种微弧阴极放电微型电推进模块
CN210106081U (zh) 固体烧蚀型磁等离子体推力器
US11465784B2 (en) Modular micro-cathode arc thruster
US20220205438A1 (en) Inductive plasma acceleration apparatus and method
CN109737023A (zh) 一种环形椎体结构阳极的自击穿型脉冲等离子体推力器
CN108612599B (zh) 一种液-电组合空间推力器
CN110469473A (zh) 一种用于脉冲等离子体电推进器的侧馈供给装置
CN109578234B (zh) 一种脉冲等离子体推力器工质供给组件
CN110131120B (zh) 固体烧蚀型磁等离子体推力器
CN1358058A (zh) 毛细管等离子发生器
CN110594114B (zh) 双极多模式微阴极弧推力器
Mitterauer Micropropulsion for small spacecraft: a new challenge for field effect electric propulsion and microstructured liquid metal ion sources
CN109204888A (zh) 一种场聚焦效应的电推进装置
Matsuura et al. Magneto plasma dynamic thruster using water propellant
CN114001003A (zh) 一种双段同轴式有齿阴极脉冲等离子体推力器
US11802549B2 (en) Electrically conductive liquid propellant pulsed plasma thruster
HORISAWA et al. Laser-electric hybrid acceleration system for space propulsion applications
CN113187622A (zh) 一种电-化学混合动力空间推力器
Matsubara et al. A short-pulse laser-assisted pulsed plasma thruster
Miyagi et al. Characterization of a Liquid-propellant Pulsed Plasma Thruster Using Various Nozzle Configurations
Schein et al. Discharges in Space: Plasmas for Satellite Propulsion

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant