一種離子推力器四極環形永磁體環切場磁路結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及航天技術和推進技術領域，尤其涉及一種離子推力器四極環形永磁體環切場磁路結構。
【背景技術】
[0002]電推進技術作為一種先進空間推進技術，已經在空間各個應用領域得到了廣泛應用，包括姿態控制、南北位置保持、軌道轉移、大氣阻尼補償、深空探測主推進等。尤其在深空探測任務中，電推進技術以其高比沖、長壽命等特點，可以大大節省推進劑攜帶量，增加航天器有效載荷比例，具有很強的優勢。
[0003]離子推力器放電室磁場設計是推力器設計的一項關鍵技術，磁場極數、磁極位置、磁極方向、磁場強度等都是影響放電室性能的重要因素。放電室磁場設計優劣決定了離子推力器放電損耗和束流平直度等性能指標。
【發明內容】
[0004]有鑒于此，本發明提供了一種離子推力器四極環形永磁體環切場磁路結構，具有放電效率高、束流平直度好、所需永磁體磁感應強度弱的優點。
[0005]為了解決上述技術問題，本發明是這樣實現的:
[0006]本發明的一種離子推力器四極環形永磁體環切場磁路結構，離子推力器的磁路結構由以下四個環形磁極構成:底端磁極、錐段磁極、直段磁極以及出口端磁極；
[0007]所述底端磁極與離子推力器共軸固定在離子推力器的陰極附近；
[0008]所述錐段磁極與離子推力器共軸固定在離子推力器的陽極錐段中部附近；
[0009]所述直段磁極與離子推力器共軸固定在離子推力器的陽極直段中部附近；
[0010]所述出口端磁極與離子推力器共軸固定在離子推力器的柵極附近；
[0011]在離子推力器放電室內部陽極表面上相鄰的兩個磁極的極性相反；
[0012]所述底端磁極充磁方向為放電室軸向；所述錐段磁極充磁方向為所在陽極錐段曲面面元的法線方向；所述直段磁極充磁方向為垂直離子推力器的中心軸方向；所述出口端磁極充磁方向為離子推力器的軸向。
[0013]進一步的，所述底端磁極、錐段磁極、直段磁極以及出口端磁極均由永磁環和極靴組成；
[0014]底端磁極由底端永磁環和底端極靴組成，所述錐段磁極由錐段永磁環和錐段極靴組成，直段磁極由直段永磁環和直段極靴組成，出口端磁極由出口端永磁環和出口端極靴組成；底端極靴、錐段永磁環、直段永磁環和出口端永磁環均位于靠近陽極表面的一側。
[0015]較佳的，四個所述磁極的永磁環通過充磁的矩形小塊按各自要求的磁極方向拼接
ntjD
[0016]較佳的，所述底端永磁環與底端極靴中徑均為3cm?5cm。
[0017]較佳的，所述四個所述磁極的極靴厚度為0.02cm?0.2cm，材質為精密合金或電工純鐵材料。
[0018]較佳的，四個所述永磁環材料為高溫釤鈷。
[0019]較佳的，出口端磁極中徑比直段磁極中徑小2cm?4cm。
[0020]較佳的，所述四個磁極與離子推力器的陽極外表面均不接觸，在滿足絕緣要求下，取最小間隙。
[0021]較佳的，相鄰磁極間的距離為8cm?16cm。
[0022]本發明具有如下有益效果:
[0023](I)本發明所述的離子推力器四極環形永磁體環切場磁路結構，可將磁場限制在很小的范圍，整個放電室大部分區域為近無場區，特別是屏柵極附近的大部分區域接近為無場區，具有放電效率高、束流平直度好、所需永磁體磁感應強度弱的優點。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發明的離子推力器四極環形永磁體環切場磁路結構示意圖。
[0025]圖2為本發明的離子推力器四極環形永磁體環切場磁路結構磁場及磁力線分布示意圖。
[0026]其中，1-底端永磁環、2-底端極靴、3-錐段極靴、4-錐段永磁環、5-直段極靴、6-直段永磁環、7-出口端永磁環、8-出口端極靴。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖并舉實施例，對本發明進行詳細描述。
[0028]一種離子推力器四極環形永磁體環切場磁路結構，如圖1所示其中，放電室為軸對稱空腔結構，由陽極和磁路結構組成，陽極分為錐段陽極和直段陽極。本發明的離子推力器的磁路結構由以下四個環形磁極形成:底端磁極、錐段磁極、直段磁極以及出口端磁極；
[0029]底端磁極與離子推力器共軸固定在離子推力器陰極附近；錐段磁極與離子推力器共軸固定在離子推力器的陽極錐段中部附近；直段磁極與離子推力器共軸固定在離子推力器的陽極直段中部附近；出口端磁極與離子推力器共軸固定在離子推力器的柵極附近；在離子推力器放電室內部陽極表面相鄰兩個磁極的極性相反。
[0030]底端磁極充磁方向為放電室軸向；錐段磁極充磁方向為所在陽極錐段曲面面元的法線方向；直段磁極充磁方向為垂直離子推力器的中心軸方向；出口端磁極充磁方向為離子推力器的軸向。
[0031]底端磁極、錐段磁極、直段磁極以及出口端磁極均由永磁環和極靴組成；底端磁極由底端永磁環I和底端極靴2組成，由于推力器底端的溫度較高，將底端極靴2布置在靠近陽極表面一側；所述錐段磁極由錐段永磁環4和錐段極靴3組成；直段磁極由直段永磁環6和直段極靴5組成；出口端磁極由出口端永磁環7和出口端極靴8組成。為增強環切場尖端磁場強度，錐段永磁環4，直段永磁環6和出口端永磁環7布置在靠近陽極表面一側。
[0032]考慮到散熱問題，底端極靴2、錐段永磁環3、直段永磁環6以及出口端永磁環7與離子推力器的陽極均不接觸，但為了保持最大的環切場尖端磁場強度，在滿足絕緣要求下，磁極與離子推力器陽極表面的間隙取最小值。四個所述永磁環材料為高溫釤鈷。所述底端永磁環與底端極靴中徑為3cm?5cm ;所述四極環切場各極間距離為8cm?16cm。所述出口端永磁環和出口端極靴中徑比直段永磁環和直段極靴中徑小2cm?4cm。為加工方便，四個所述永磁環通過充磁的矩形小塊按各自要求的磁極方向拼接而成。四個所述極靴厚度為0.02?0.2cm，材質為精密合金、電工純鐵等導磁材料。
[0033]所述的離子推力器四極環形永磁體環切場磁路結構，如圖2所示，把磁場限制在較小的范圍，整個放電室大部分區域為近無場區，特別是屏柵極附近的大部分區域接近為無場區，磁感應強度小于5Gs。50Gs閉合磁等勢線屏蔽放電室壁，無磁場“洞”，原初電子區幾乎擴展到整個放電室，形狀成為最大化的矩形空間。放電室中心軸陰極出口處磁等勢線略微沿軸向突出后，隨即迅速衰減，形成的磁力線在陰極出口處沿徑向發散，磁場強度沿軸線快速衰減，約束原初電子遠離中心軸，并減小中心軸處對原初電子的約束，無從陰極指向柵極的磁力線。
[0034]綜上所述，以上僅為本發明的較佳實施例而已，并非用于限定本發明的保護范圍。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種離子推力器四極環形永磁體環切場磁路結構，其特征在于，離子推力器的磁路結構由以下四個環形磁極構成:底端磁極、錐段磁極、直段磁極以及出口端磁極； 所述底端磁極與離子推力器共軸固定在離子推力器的陰極附近； 所述錐段磁極與離子推力器共軸固定在離子推力器的陽極錐段中部附近； 所述直段磁極與離子推力器共軸固定在離子推力器的陽極直段中部附近； 所述出口端磁極與離子推力器共軸固定在離子推力器的柵極附近； 在離子推力器放電室內部陽極表面上相鄰的兩個磁極的極性相反； 所述底端磁極充磁方向為放電室軸向；所述錐段磁極充磁方向為所在陽極錐段曲面面元的法線方向；所述直段磁極充磁方向為垂直離子推力器的中心軸方向；所述出口端磁極充磁方向為離子推力器的軸向。2.如權利要求1所述的一種離子推力器四極環形永磁體環切場磁路結構，其特征在于，所述底端磁極、錐段磁極、直段磁極以及出口端磁極均由永磁環和極靴組成； 底端磁極由底端永磁環(I)和底端極靴(2)組成，所述錐段磁極由錐段永磁環(4)和錐段極靴(3)組成，直段磁極由直段永磁環(6)和直段極靴(5)組成，出口端磁極由出口端永磁環(7)和出口端極靴(8)組成；底端極靴(2)、錐段永磁環(4)、直段永磁環(6)和出口端永磁環(7)均位于靠近陽極表面的一側。3.如權利要求2所述的一種離子推力器四極環形永磁體環切場磁路結構，其特征在于，四個所述磁極的永磁環通過充磁的矩形小塊按各自要求的磁極方向拼接而成。4.如權利要求2所述的一種離子推力器四極環形永磁體環切場磁路結構，其特征在于，所述底端永磁環⑴與底端極靴⑵中徑均為3cm?5cm。5.如權利要求2所述的一種離子推力器四極環形永磁體環切場磁路結構，其特征在于，所述四個所述磁極的極靴厚度為0.02cm?0.2cm，材質為精密合金或電工純鐵材料。6.如權利要求2所述的一種離子推力器四極環形永磁體環切場磁路結構，其特征在于，四個所述永磁環材料為高溫釤鈷。7.如權利要求1所述的一種離子推力器四極環形永磁體環切場磁路結構，其特征在于，出口端磁極中徑比直段磁極中徑小2cm?4cm。8.如權利要求1所述的一種離子推力器四極環形永磁體環切場磁路結構，其特征在于，所述四個磁極與離子推力器的陽極外表面均不接觸，在滿足絕緣要求下，取最小間隙。9.如權利要求1所述的一種離子推力器四極環形永磁體環切場磁路結構，其特征在于，相鄰磁極間的距離為8cm?16cm。
【專利摘要】本發明公開了一種離子推力器四極環形永磁體環切場磁路結構，底端磁極與離子推力器共軸固定在離子推力器的陰極附近；錐段磁極與離子推力器共軸固定在離子推力器的陽極錐段中部附近；直段磁極與離子推力器共軸固定在離子推力器的陽極直段中部附近；出口端磁極與離子推力器共軸固定在離子推力器的柵極附近；在離子推力器放電室內部陽極表面上相鄰的兩個磁極的極性相反；通過對各磁極的磁場強度和位置的優化設計，本發明的磁路結構形成的四極環切場，將磁場限制在很小的范圍，整個放電室大部分區域為近無場區，特別是屏柵極附近的大部分區域接近為無場區，具有放電效率高、束流平直度好、所需永磁體磁感應強度弱的優點。
【IPC分類】F03H1/00, H01F7/00
【公開號】CN105179191
【申請號】
【發明人】趙以德, 張天平, 江豪成, 顧左, 李娟 , 楊褔全
【申請人】蘭州空間技術物理研究所
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年8月12日