本發(fā)明屬于電推進領域，涉及一種利用附加電磁場能量轉化的磁等離子體推力器。

背景技術：

電推進是一類利用電能直接加熱推進劑，或利用電磁作用電離加速推進劑，以獲得推進動力的先進推進方式，具有較高的比沖、推力和效率，在大型航天器的軌道控制、深空探測和星際航行等空間任務中有廣闊的應用前景。

磁等離子體推力器(MPDT)是電推進技術的典型代表，因其具有高比沖和大推力，且易與高功率電源結合實現(xiàn)大功率、小型化等技術特點，被認為是用于深空探測的最佳候選推進方案之一。

磁等離子體推力器主要通過電極間電流放電，使得通入的氣體工質電離產生等離子體，等離子體在附加電磁場和氣動力加速作用下高速噴出，產生推力。由于中功率MPDT工作時將產生幾百安培的大電流，內部會產生高溫等離子體。因此推力器的整體裝配結構、密封、絕緣成為推力器實現(xiàn)性能、可靠工作的設計關鍵。同時，推力器較好的整體供電、安裝方案，可以為MPDT的試驗研究提供可靠保障。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對上述問題，提出了一種利用附加電磁場能量轉化的磁等離子體推力器，使用氨氣作為推進劑，在50kW-80kW功率范圍內提供牛級推力，對磁等離子體推力器提升功率、結構設計和實驗研究均具有重要意義。

所述的磁等離子體推力器，整體為圓柱結構，外部從左到右依次為：絕緣套筒，安裝件，安裝絕緣件和磁線圈；中間層為中間連接件；內層從左到右依次為：陰極連接件，陰極供電塊，陶瓷套，絕緣體，空心陰極，擴張陽極以及陽極供電塊；

安裝件外部套有安裝絕緣件，端面開孔安裝絕緣套筒，安裝件插入磁線圈的內孔，通過螺釘實現(xiàn)安裝件和磁線圈的緊固連接，間隙配合實現(xiàn)徑向定位，并保持同軸；絕緣套筒和安裝絕緣件保證了安裝件和磁線圈之間絕緣。

安裝件內部連接中間連接件，中間連接件同時連接擴張陽極和陶瓷套，實現(xiàn)軸向和徑向配合保證同心并緊固；

擴張陽極內部卡接絕緣體，絕緣體套上石墨墊片與擴張陽極進行軸向配合連接，通過壓縮石墨實現(xiàn)氣路密封；

陶瓷套卡套在陰極連接件外部，陶瓷套和陰極連接件實現(xiàn)軸向和徑向連接；陰極連接件同時卡接在絕緣體內部，陰極連接件套上石墨墊片，通過壓縮石墨墊片與絕緣體進行軸向定位并實現(xiàn)密封；

陰極連接件內部與絕緣體內部共同卡有空心陰極，空心陰極為內部通孔的單孔空心陰極，陰極插入陰極連接件加大內孔內形成過盈配合進行固定安裝；

陽極供電塊使用螺釘緊固，配合安裝在擴張陽極外；陰極供電塊通過內孔夾持在陰極連接件上。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

1、一種利用附加電磁場能量轉化的磁等離子體推力器，陰陽極間的絕緣設計采用氮化硼陶瓷，具有耐高溫和耐高壓性能，可保證推力器絕緣部位可靠工作，同時通過絕緣件的結構設計，實現(xiàn)陰陽極件的可靠連接，并在主要部分實現(xiàn)多層阻隔放電，提高可靠性。

2、一種利用附加電磁場能量轉化的磁等離子體推力器，氣路密封，通過在關鍵部位安裝柔性石墨墊片實現(xiàn)，石墨墊片耐高溫，密封好，可靠性高，同時由于其較好的壓縮率和回彈率，可以實現(xiàn)對絕緣陶瓷的保護，防止被壓壞，提高絕緣設計的可靠性。

3、一種利用附加電磁場能量轉化的磁等離子體推力器，采用推力器與磁線圈軸向配合的方式，直接將推力器安裝在磁線圈上，保證推力器和磁線圈的同軸性，從而保證附加磁場的位型精度，有利于對推力器性能的研究。

4、一種利用附加電磁場能量轉化的磁等離子體推力器，安裝件的鏤空設計既實現(xiàn)了推力器供水供電線路的穿插通過，又減輕了零件重量。

5、一種利用附加電磁場能量轉化的磁等離子體推力器，通過安裝絕緣件數(shù)量的調整，可實現(xiàn)推力器與磁線圈軸向相對位置的定量改變，從而可以研究磁場位置對推力器的影響。

6、一種利用附加電磁場能量轉化的磁等離子體推力器，各部件間基本上是采用螺釘連接，可重復自由拆裝，零件更換和調整均非常方便，同時保證推力器整體美觀整潔。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種利用附加電磁場能量轉化的磁等離子體推力器的裝配圖；

圖2為本發(fā)明一種利用附加電磁場能量轉化的磁等離子體推力器的左視圖；

圖3為本發(fā)明一種利用附加電磁場能量轉化的磁等離子體推力器的三維剖視圖。

圖中：1-擴張陽極；2-絕緣體；3-安裝絕緣件；4-中間連接件；5-安裝件；6-螺釘；7-陶瓷套；8-陰極連接件；9-陰極供電塊；10-絕緣套筒；11-空心陰極；12-石墨墊片；13-磁線圈；14-陽極供電塊。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明。

本發(fā)明一種利用附加電磁場能量轉化的磁等離子體推力器，通過采用擴張陽極、空心陰極以及內錐面絕緣陶瓷形成放電室；通過設計絕緣體和陶瓷套連接陰極和陽極，實現(xiàn)絕緣連接；通過在關鍵配合位置安裝柔性石墨墊片達到密封目的；通過設計安裝件將推力器與磁線圈徑向配合連接，保證同軸性，提高附加磁場位型的精準度；根據(jù)陰陽極不同結構特點，設計不同供電零件，實現(xiàn)推力器供電；

推力器包括：陰極連接件，空心陰極，陶瓷套，絕緣體，中間連接件，擴張陽極，石墨墊片，陰極供電塊和陽極供電塊。

推力器整體小巧，結構緊湊，采用螺釘連接，外表美觀；采用氨氣作為推進劑，在放電室內經陰陽極間的高壓擊穿放電，持續(xù)電離出等離子體并在附加電磁場作用下從陽極噴出產生推力。

磁等離子體推力器的裝配圖，如圖1所示，包括：擴張陽極1，絕緣體2，安裝絕緣件3，中間連接件4，安裝件5，陶瓷套7，陰極連接件8，陰極供電塊9，絕緣套筒10，空心陰極11，石墨墊片12，磁線圈13和陽極供電塊14。

所述的磁等離子體推力器整體為圓柱結構，外部從左到右依次為：絕緣套筒10，安裝件5，可調數(shù)量的安裝絕緣件3和磁線圈13；

安裝絕緣件3數(shù)量是可調的，本實施例優(yōu)選2個，可以增加成3個或者4個，減少為1或0個，調整的距離相當于安裝絕緣件3的厚度，因為安裝絕緣件3的厚度固定，所以推力器與磁線圈軸的相對位置改變是定量的。

所述的安裝件5作用是實現(xiàn)推力器與磁線圈13的同軸連接，采用雙圓環(huán)結構，分為內階梯孔和外階梯圓柱面，雙圓環(huán)中間鏤空四個通孔，實現(xiàn)線路穿插通過；通過外階梯圓柱面和磁線圈13實現(xiàn)徑向間隙配合，保證同心；在外階梯圓柱面周圍套有兩個安裝絕緣件3，安裝絕緣件3是圓環(huán)狀，內孔套在安裝件5上，且在外階梯圓柱的端面上對稱開有六個孔，用來安裝絕緣套筒10，通過螺釘插入絕緣套筒10實現(xiàn)安裝件5和磁線圈13的軸向連接和緊固。

絕緣套筒10和安裝絕緣件3均為PEEK材料，保證了安裝件5和磁線圈13之間絕緣。

所述磁線圈13為環(huán)柱形磁線圈，為推力器附加外磁場；在磁線圈13的端面上開有六個孔，與安裝件5的外階梯圓柱的端面上的六個孔位置相同，通過將安裝件5連同推力器插入磁線圈13的內孔，間隙配合實現(xiàn)徑向定位，并保持同軸；

安裝件5的內階梯孔與中間連接件4相連，通過間隙配合實現(xiàn)軸向和徑向配合保證同軸，用螺釘將中間連接件4緊固在安裝件5的內階梯的圓端面上，中間連接件4位于磁等離子體推力器的中間層，同時連接陶瓷套7和擴張陽極1；

中間連接件4為階梯形結構，外圓凸面用于螺栓連接，內孔面用于徑向配合，內孔端面用于軸向配合，并被螺栓拉緊定位緊固，作用是將擴張陽極1和空心陰極11進行同心固定連接。

具體為：

中間連接件4通過內孔面與擴張陽極1的外圓面間隙配合實現(xiàn)徑向定位，并保持同軸，通過螺栓與擴張陽極1進行軸向固定，實現(xiàn)推力器內部零件的安裝固定；同時中間連接件4通過陶瓷套7套入擴張陽極1，直至內孔端面壓住陶瓷套7凸臺端面實現(xiàn)軸向拉緊定位；

磁等離子體推力器內層從左到右依次為：陰極連接件8，陰極供電塊9，陶瓷套7，絕緣體2，空心陰極11，擴張陽極1以及陽極供電塊14；

擴張陽極1的外表面為階梯圓柱面，內表面為階梯圓柱面和圓錐面連接組成，目的是形成擴張型主流放電室；擴張陽極1內部卡接絕緣體2。

絕緣體2為氮化硼陶瓷材料，外表面為階梯圓柱面，內表面為階梯圓柱面和圓錐面連接組成，圓錐段的凸臺端面套上石墨墊片12與擴張陽極1的階梯圓柱面進行軸向配合連接，壓縮石墨實現(xiàn)氣路密封；將套有石墨墊片12方向的絕緣體2插入擴張陽極1內，直至石墨墊片12與擴張陽極1的內孔端面壓住，同時絕緣體2與擴張陽極1內孔配合實現(xiàn)軸向定位和同軸；

絕緣體2圓錐段的凸臺端面設計石墨墊片12的作用是：保證密封，防止絕緣體2與擴張陽極1兩零件的接觸面漏氣；同時能夠有效保護石墨墊片12不被腐蝕。

所述陶瓷套7采用氮化硼陶瓷，為階梯形絕緣結構，通過階梯內孔和陰極連接件8實現(xiàn)軸向和徑向連接，通過階梯外圓端面實現(xiàn)軸向夾緊。

具體為：陶瓷套7較大直徑一端套入陰極連接件8，直至內孔端面壓至陰極連接件8的凸臺端面實現(xiàn)軸向配合，陶瓷套7的內孔與陰極連接件8的外軸通過間隙配合實現(xiàn)徑向定位并保證同軸；

同時陶瓷套7與絕緣體2配合，共同卡接陰極連接件8，保證擴張陽極1和空心陰極11的雙層絕緣，保證縫隙處絕緣可靠性。

陰極連接件8內部為階梯通孔，內孔為進氣通道，端口使用螺紋與供氣管連接進行供氣；右端套上石墨墊片12，通過壓縮石墨墊片12與絕緣體2進行軸向定位并實現(xiàn)密封；同時陰極連接件8外部套有陶瓷套7；陰極連接件8內部夾持空心陰極11，并對空心陰極11進行通氣；

具體為：空心陰極11插入陰極連接件8的加大內孔端，通過過盈配合實現(xiàn)空心陰極11的定位和夾持；將石墨墊片12從插有空心陰極11的一端套入陰極連接件8，將安裝有空心陰極11和石墨墊片12的陰極連接件8插入絕緣體2的內孔中，直至石墨墊片12壓至絕緣體2的端面，陰極連接件8的外圓柱面與絕緣體2的內圓柱面通過間隙配合，實現(xiàn)徑向定位并保證同軸；

空心陰極11為內部通孔的單孔空心陰極，插入陰極連接件8的加大內孔內形成過盈配合進行固定安裝；

所述陽極供電塊14和陰極供電塊9通過螺栓緊固供電線實現(xiàn)陰陽極供電；陽極供電塊14通過內圓柱面與擴張陽極1的外圓柱面配合，并使用螺釘進行緊固連接；陰極供電塊9通過內孔套裝在陰極連接件8的細端外軸上，通過螺栓緊固連接。

本發(fā)明通過增加和減少安裝絕緣件來實現(xiàn)推力器和磁線圈的軸向定量相對位置，從而可以研究附加磁場位置對于推力器性能的影響。通過絕緣體和陶瓷套結構設計，達到陰極和陽極絕緣的目的，整體質量輕，結構緊湊。在絕緣體與擴張陽極、絕緣體與陰極連接件配合的關鍵位置，通過安裝柔性石墨墊片進行擠壓式密封，從而達到推力器結構密閉性目的，同時柔性石墨較好的壓縮率和回彈率可對陶瓷材料進行保護。通過中間連接件連接陶瓷套和擴張陽極，陶瓷套卡接陰極連接件，同時陰極連接件卡接陰極，從而中間連接件最終實現(xiàn)空心陰極和擴張陽極的固定連接。設計安裝件將推力器和磁線圈徑向配合在一起，保證同軸性，其內部鏤空設計既可通過供水供氣線路，又可減小質量。