CN115653860A - 一种铆接发散场离子推力器阴极极靴组件 - Google Patents

Abstract

本申请涉及航天推进技术领域，具体而言，涉及一种铆接发散场离子推力器阴极极靴组件，包括阴极极靴和挡板，其中：阴极极靴和挡板的材料类型不同；阴极极靴上设置有卡槽；挡板上设置有卡爪；挡板上的卡爪通过铆钉与阴极极靴上的卡槽连接，将挡板固定在阴极极靴上。本申请在不更改阴极极靴、挡板结构设计方案及材料选型的基础上，通过优化连接工艺技术方案，改进连接紧固方式，实现了异类难熔材料在强电磁场耦合下的等离子体环境中可靠性的连接，杜绝了等离子溅射导致的挡板的焊接及其自身结构脱落的技术风险，保证了阴极极靴组件在轨应用的长寿命与高可靠，有效推动了发散场离子推力器的工程应用。

Description

一种铆接发散场离子推力器阴极极靴组件

技术领域

本申请涉及航天推进技术领域，具体而言，涉及一种铆接发散场离子推力器阴极极靴组件。

背景技术

发散场离子推力器的阴极极靴与挡板是推力器放电室的关键零件，阴极极靴的结构尺寸与材料特性直接影响到放电室的磁路构型及磁场效能，而挡板的结构尺寸和材料特性则决定了原初电子的输运通道及等离子体环境下的耐溅射性能。

基于不同的影响因素，在放电室设计过程中需对阴极极靴和挡板分别进行差异化的方案设计与材料选择，从而实现放电室性能的最优。根据发散场离子推力器的基本特性，为实现推力器在轨的长寿命、高性能和高可靠应用，挡板必须牢固、可靠的紧固在阴极极靴中，在强电磁场耦合下的等离子体环境中，异类材料的可靠性连接成为推力器集成制造过程中必须解决的问题，也是发散场离子推力器实现在轨工程应用必须攻克的关键技术之一。

现有技术方案中，受操作空间、自身结构尺度及卫星设计与建造规范等因素的制约，无法采用常规螺钉进行螺接，在此情况下，一般都是以方案设计为基础，通过牺牲推力器的部分性能与可靠性水平，最终折中确定阴极极靴与挡板的实际材料。现阶段阴极极靴与挡板均采用合金材料，通过选择与阴极极靴材料、挡板材料均可焊接的特殊材料制作为过渡零件，最终采用焊接的方式实现二者的连接。但通过长期的性能测试及寿命试验发现，利用过渡零件以焊接方式实现阴极极靴与挡板的连接的方法存在较大缺陷，主要表现为焊缝热应力明显，容易产生裂纹，焊接合格率低，且耐溅射能力差，严重制约放电室的可靠性及工作寿命。

发明内容

本申请提供了一种铆接发散场离子推力器阴极极靴组件，实现了异类难熔材料在强电磁场耦合下的等离子体环境中的可靠连接，有效推动了发散场离子推力器的工程应用。

为了实现上述目的，本申请提供了一种铆接发散场离子推力器阴极极靴组件，包括阴极极靴和挡板，其中：阴极极靴和挡板的材料类型不同；阴极极靴上设置有卡槽；挡板上设置有卡爪；挡板上的卡爪通过铆钉与阴极极靴上的卡槽连接，将挡板固定在阴极极靴上。

进一步的，阴极极靴的材料为居里温度高、饱和磁感应强度高的合金。

进一步的，挡板的材料为碳纤维复合材料。

进一步的，挡板和卡爪为一体成型结构。

进一步的，卡爪的结构尺寸与卡槽的相同，卡爪的爪头与卡槽的内部设置有相互对应的连接孔。

进一步的，铆钉通过连接孔将卡爪的爪头与卡槽连接，进而将挡板固定装配在阴极极靴上。

进一步的，卡爪和卡槽的数量均≥3个。

本发明提供的一种铆接发散场离子推力器阴极极靴组件，具有以下有益效果：

本申请在不更改阴极极靴、挡板结构方案设计及材料选型的基础上，通过优化连接工艺技术方案，改进连接紧固方式，实现了异类难熔材料在强电磁场耦合下的等离子体环境中可靠性的连接，杜绝了等离子溅射导致的挡板的焊接及其自身结构脱落的技术风险，保证了阴极极靴组件在轨应用的长寿命与高可靠，有效推动了发散场离子推力器的工程应用。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请实施例提供的铆接发散场离子推力器阴极极靴组件的整体示意图；

图2是根据本申请实施例提供的阴极极靴的示意图；

图中：1-挡板、2-阴极极靴、3-卡爪、4-卡槽、5-铆钉、6-连接孔。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”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。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

另外，术语“多个”的含义应为两个以及两个以上。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1-图2所示，本申请提供了一种铆接发散场离子推力器阴极极靴组件，包括阴极极靴2和挡板1，其中：阴极极靴2和挡板1的材料类型不同；阴极极靴2上设置有卡槽4；挡板1上设置有卡爪3；挡板1上的卡爪3通过铆钉5与阴极极靴2上的卡槽4连接，将挡板1固定在阴极极靴2上。

具体的，本申请实施例提供的铆接发散场离子推力器阴极极靴组件采用基于钛铆钉的铆接技术方案，能够实现不同类型难熔材料的可靠连接，解决了现有焊接方式连接的焊缝热应力明显，容易产生裂纹，焊接合格率低，且耐溅射能力差，严重制约放电室的可靠性及工作寿命的问题。在本申请实施例中，阴极极靴2设置在下方，挡板1固定在阴极极靴2的上方，阴极极靴2和挡板1为不同类型的难熔材料，挡板1的卡爪3与阴极极靴2的卡槽4配合，然后通过铆钉5进行连接固定，这样可以将挡板1轻松的固定在阴极极靴2上，使用简单，安装更换方便。

进一步的，阴极极靴2的材料为居里温度高、饱和磁感应强度高的合金。阴极极靴2的材料优选为居里温度高、饱和磁感应强度高的4J29铁镍钴玻封合金。4J29铁镍钴玻封合金在较宽的工作温度范围内具有相对较为稳定的热膨胀系数，从而使得阴极极靴在提供稳定、可靠的工作磁场的同时与其他零件之间具有良好的结构稳定性，从而确保推力器在轨高、低温启动及长期工作过程中阴极极靴不会出现结构或功能失效的情况。

进一步的，挡板1的材料为碳纤维复合材料。挡板1的材料优选为耐等离子体溅射能力强、导热能力好、热膨胀系数小、重量轻、结构强度高的碳纤维复合材料。采用碳纤维复合材料材质制成的挡板先后经历纤维编织、树脂浸渍、炭化致密及表面修复等工艺过程，使得其结构强度、外观质量均可有效满足工程应用需求。

进一步的，挡板1和卡爪3为一体成型结构。挡板1与卡爪3一体成型，中间为圆形挡板1，环绕圆形挡板1，根据实际需求和卡爪3的数量，设计卡爪3之间的角度，从而确定卡爪3的具***置。此外，为了保证挡板1与卡爪3间的结构强度，碳纤维复合材料材质的挡板1在制备过程中对卡爪3专门开展了碳纤维丝的编制，确保挡板1与卡爪3之间不存在断丝，不会因等离子体的溅射腐蚀而出现掉渣、起皮等现象，从而杜绝多余物的产生。

进一步的，卡爪3的结构尺寸与卡槽4的相同，卡爪3的爪头与卡槽4的内部设置有相互对应的连接孔6。卡爪3的形状大小与卡槽4的相同，主要用于和卡槽4进行装配连接，卡爪3的爪头和卡槽4内部均设置有连接孔6，两处的连接孔6一一对应，相互对齐。卡爪3的爪头、卡槽4内部的连接孔6数量可以根据连接强度需求进行调整，为保证阴极极靴组件的结构强度及铆接可靠性，单个爪头、卡槽4的连接孔6数量优选≥2个。

进一步的，铆钉5通过连接孔6将卡爪3的爪头与卡槽4连接，进而将挡板1固定装配在阴极极靴2上。装配固定时，先调整挡板1卡爪3的角度，将卡爪3以特定的方位角装配卡入阴极极靴2的卡槽4内部，确保卡爪3爪头上的连接孔6与卡槽4内部的连接孔6相互对齐，然后将铆钉5对准连接孔6，依次穿过卡爪3的爪头和卡槽4，将卡爪3固定在卡槽4内部，最后利用钛铆钉铆接工装完成铆钉5端头的成型与修正，将挡板1固定装配在阴极极靴2的上方。

进一步的，卡爪3和卡槽4的数量均≥3个。挡板1的卡爪3和阴极极靴2的卡槽4一一对应，挡板1的卡爪3数量及结构形式可以根据推力器实际性能需求以及挡板1的结构强度进行调整，但为了保证稳定性，卡爪3和卡槽4的数量优选≥3个。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种铆接发散场离子推力器阴极极靴组件，其特征在于，包括阴极极靴和挡板，其中：

所述阴极极靴和所述挡板的材料类型不同；

所述阴极极靴上设置有卡槽；

所述挡板上设置有卡爪；

所述挡板上的卡爪通过铆钉与所述阴极极靴上的卡槽连接，将所述挡板固定在所述阴极极靴上。

2.根据权利要求1所述的铆接发散场离子推力器阴极极靴组件，其特征在于，所述阴极极靴的材料为居里温度高、饱和磁感应强度高的合金。

3.根据权利要求2所述的铆接发散场离子推力器阴极极靴组件，其特征在于，所述挡板的材料为碳纤维复合材料。

4.根据权利要求3所述的铆接发散场离子推力器阴极极靴组件，其特征在于，所述挡板和所述卡爪为一体成型结构。

5.根据权利要求4所述的铆接发散场离子推力器阴极极靴组件，其特征在于，所述卡爪的结构尺寸与所述卡槽的相同，所述卡爪的爪头与所述卡槽的内部设置有相互对应的连接孔。

6.根据权利要求5所述的铆接发散场离子推力器阴极极靴组件，其特征在于，铆钉通过所述连接孔将所述卡爪的爪头与所述卡槽连接，进而将所述挡板固定装配在所述阴极极靴上。

7.根据权利要求5所述的铆接发散场离子推力器阴极极靴组件，其特征在于，所述卡爪和所述卡槽的数量均≥3个。

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