一種可提高運行穩(wěn)定性的電弧加熱發(fā)動的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種電弧加熱發(fā)動機，包括依次相連的陰極、密封件、絕緣件、金屬套、陽極噴管；所述陰極、密封件及絕緣件依次套接固定，所述金屬套一端與所述絕緣件套接，另一端與所述陽極噴管卡接；還包括與所述陽極噴管相適應(yīng)的水冷套，所述水冷套加裝在所述陽極噴管外壁面；所述水冷套內(nèi)設(shè)置有可供冷卻水通過的通路。本發(fā)明提供的電弧加熱發(fā)動機通過在電弧加熱發(fā)動機陽極噴管外壁面附近加裝水冷套，避免陽極噴管溫度過高，從而減少陽極噴管內(nèi)壁面燒蝕，提高電弧加熱發(fā)動機的運行穩(wěn)定性。
【專利說明】一種可提高運行穩(wěn)定性的電弧加熱發(fā)動機

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及航空【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種可提高發(fā)動機運行穩(wěn)定性的電弧加熱發(fā)動機。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著以空間資源探測及利用為目標(biāo)的航天活動日益增加，商業(yè)通訊、科學(xué)探索、國防任務(wù)等方面的發(fā)展，對用于衛(wèi)星姿態(tài)和軌道調(diào)整的推進(jìn)系統(tǒng)提出了更高的要求。傳統(tǒng)的化學(xué)推進(jìn)受推進(jìn)劑燃燒溫度的限制，比沖已經(jīng)接近于極限，并且用于衛(wèi)星定位的控制精度較低。電推進(jìn)系統(tǒng)可產(chǎn)生比化學(xué)推進(jìn)高得多的比沖，因而在完成同樣航天任務(wù)的前提下，能減少衛(wèi)星所需攜帶的推進(jìn)劑重量，增加衛(wèi)星的有效載荷或延長在軌壽命，并提高對衛(wèi)星的定位和姿態(tài)控制精度。世界眾多國家為發(fā)展高性能的空間電推進(jìn)系統(tǒng)，投入了大量的人力和物力，使之成為當(dāng)前國際范圍的一個研宄熱點。
[0003]空間電推進(jìn)技術(shù)大致可以分為:1)電熱型，包括電阻加熱射流方式和電弧加熱等離子體射流方式；2)靜電加速型，如離子發(fā)動機；3)等離子體推進(jìn)型，包括霍爾發(fā)動機、脈沖等離子體發(fā)動機、磁等離子體動力學(xué)發(fā)動機和可變比沖磁等離子體發(fā)動機。電弧加熱發(fā)動機通常由陰極、兼做噴管的陽極、以及固定陰極陽極的卡件、絕緣件等組成，其基本工作原理是:供給發(fā)動機的氣態(tài)推進(jìn)劑經(jīng)過陰極和兼做噴管的陽極間放電所產(chǎn)生的直流電弧加熱，形成最高溫度超過萬度的高溫部分電離氣體，進(jìn)而在噴管的擴張段膨脹、降溫、加速，以超聲速射流的形式從噴管噴出，產(chǎn)生較高的推力和比沖。電弧加熱推力器系統(tǒng)重量輕，推力/功率比值高，與現(xiàn)有衛(wèi)星推進(jìn)系統(tǒng)兼容性好，羽流污染小，在技術(shù)難度、系統(tǒng)復(fù)雜性、可靠性等方面都具有優(yōu)勢。因此，雖然電弧加熱推力器的比沖較霍爾和離子發(fā)動機的低，但自1993年在國際上首次安裝在商業(yè)通訊衛(wèi)星Telstar IV上以來發(fā)展很快，在多種電推進(jìn)發(fā)動機中有其獨特的地位。功率為千瓦量級的電弧加熱發(fā)動機在國外已成為應(yīng)用于衛(wèi)星姿態(tài)及軌道控制的成熟技術(shù)。
[0004]我國電弧加熱發(fā)動機運行實驗中遇到諸如發(fā)動機電極嚴(yán)重?zé)g、熱態(tài)條件下密封性差、發(fā)動機性能不穩(wěn)定、可靠性差、持續(xù)穩(wěn)定工作時間不長、效率不高等問題，而推進(jìn)系統(tǒng)的壽命在一定程度上決定著航天器的壽命，迄今為止，我國的電弧加熱發(fā)動機還沒有成功應(yīng)用在自己的衛(wèi)星上。必須深入研宄其獨特的工作過程，系統(tǒng)掌握其運行機理和規(guī)律，方能解決這些問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種電弧加熱發(fā)動機，克服上述已有技術(shù)的缺陷，提尚發(fā)動機運彳丁穩(wěn)定性。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種電弧加熱發(fā)動機，包括依次相連的陰極、密封件、絕緣件、金屬套、陽極噴管；
[0007]所述陰極、密封件及絕緣件依次套接固定，所述金屬套一端與所述絕緣件套接，另一端與所述陽極噴管卡接；
[0008]還包括與所述陽極噴管相適應(yīng)的水冷套，所述水冷套加裝在所述陽極噴管外壁面；所述水冷套內(nèi)設(shè)置有可供冷卻水通過的通路。
[0009]優(yōu)選的，所述陽極噴管外壁面與所述水冷套之間設(shè)置有間隙。
[0010]優(yōu)選的，所述陽極噴管外壁面與所述水冷套之間的間隙根據(jù)陽極噴管材料的膨脹系數(shù)及陽極噴管溫度設(shè)置。
[0011]本發(fā)明提供的電弧加熱發(fā)動機通過在電弧加熱發(fā)動機陽極噴管外壁面附近加裝水冷套，避免陽極噴管溫度過高，從而減少陽極噴管內(nèi)壁面燒蝕，提高電弧加熱發(fā)動機的運行穩(wěn)定性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明一個實施例中的電弧加熱發(fā)動機的剖面示意圖；
[0013]圖2為本發(fā)明一個實施例中電弧加熱發(fā)動機工作系統(tǒng)示意圖。

【具體實施方式】
[0014]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0015]本發(fā)明的主要思想是通過在電弧加熱發(fā)動機的陽極噴管外壁面加裝水冷套，陽極噴管外壁面和水冷套間的間距，依據(jù)陽極噴管材料的膨脹系數(shù)及預(yù)控制的陽極噴管溫度而定，確保電弧加熱發(fā)動機運行過程中，陽極噴管溫度升到預(yù)定值時，因陽極噴管受熱膨脹接觸到水冷套，進(jìn)而通過水冷套的冷卻降溫作用降低陽極噴管溫度，從而減少陽極內(nèi)壁面燒蝕，提高電弧加熱發(fā)動機的運行穩(wěn)定性。
[0016]參照圖1所示，為本發(fā)明一個實施例中的電弧加熱發(fā)動機的剖面示意圖，本實施例中的電弧加熱發(fā)動機包括:陰極9、陽極噴管1、絕緣件7、密封件8、金屬套5和水冷套2，所述水冷套2與所述陽極噴管I相適應(yīng)。圖中同時示出了進(jìn)氣口 6和水冷套2的冷卻水入口 4及冷卻水出口 3。其中，陰極9通過密封件8與絕緣件7固定，金屬套5 —端與絕緣件7相連，另一端與陽極噴管I卡接；金屬套5上設(shè)有進(jìn)氣口 6 ;水冷套2加裝在陽極噴管I外壁面，所述水冷套2內(nèi)設(shè)置有可供冷卻水通過的通路。所述水冷套2和陽極噴管I的外壁面之間的間隙依據(jù)陽極噴管I的材料的膨脹系數(shù)及預(yù)控制的陽極噴管I的溫度設(shè)置。
[0017]參照圖2所示，為本發(fā)明一個實施例中電弧加熱發(fā)動機工作系統(tǒng)示意圖。將圖1所示的電弧加熱發(fā)動機連接電源、氣路及水路，引弧試驗電弧加熱發(fā)動機的性能。本實施例搭建了在陽極噴管I外壁面加裝水冷套2的電弧加熱發(fā)動機工作系統(tǒng)。本實施例中真空室12的直徑為2米，長為4米，極限真空為I X 10-4Pa。圖中示出了發(fā)動機羽流10及推力測力器Ilo工作氣體13存儲于高壓氣罐，質(zhì)量流量計14選用精度為滿量程3%的質(zhì)量流量計，電流電壓傳感器15選用霍爾效應(yīng)原理的傳感器，工作電源16選用30千瓦級逆變等離子體電源。冷卻循環(huán)水系統(tǒng)17與圖1所示的冷卻水入口 4及冷卻水出口 3相連，為電弧加熱發(fā)動機的水冷套2提供恒溫循環(huán)冷卻水源。真空室排氣系統(tǒng)18可確保實現(xiàn)電弧加熱發(fā)動機工作的真空環(huán)境。電弧加熱發(fā)動機陽極噴管I的外壁面和水冷套2之間的間隙為0.1_。選用氮氣為工作氣體，在輸入功率8.5kW、總氣流量10L/min的工作參數(shù)條件下連續(xù)工作10分鐘以上。
[0018]本發(fā)明在電弧加熱發(fā)動機陽極噴管外壁面加裝有一定間隙的水冷套，所述水冷套和陽極噴管外壁面的間隙依據(jù)陽極噴管材料的膨脹系數(shù)及預(yù)控制的陽極噴管溫度而定。當(dāng)陽極噴管壁面溫度升高到預(yù)定溫度時，陽極噴管壁面與水冷套接觸降溫，避免陽極噴管溫度過高，從而減少陽極噴管內(nèi)壁面燒蝕，提高電弧加熱發(fā)動機的運行穩(wěn)定性。
[0019]以上所述的【具體實施方式】，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的【具體實施方式】而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種電弧加熱發(fā)動機，其特征在于，包括依次相連的陰極、密封件、絕緣件、金屬套、陽極噴管； 所述陰極、密封件及絕緣件依次套接固定，所述金屬套一端與所述絕緣件套接，另一端與所述陽極噴管卡接； 還包括與所述陽極噴管相適應(yīng)的水冷套，所述水冷套加裝在所述陽極噴管外壁面；所述水冷套內(nèi)設(shè)置有可供冷卻水通過的通路。
2.如權(quán)利要求1所述的電弧加熱發(fā)動機，其特征在于，所述陽極噴管外壁面與所述水冷套之間設(shè)置有間隙。
3.如權(quán)利要求2所述的電弧加熱發(fā)動機，其特征在于，所述陽極噴管外壁面與所述水冷套之間的間隙根據(jù)陽極噴管材料的膨脹系數(shù)及陽極噴管溫度設(shè)置。
【文檔編號】F01P3/00GK104454418SQ201410637302
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月5日
【發(fā)明者】潘文霞, 吳承康, 孟顯 申請人:中國科學(xué)院力學(xué)研究所