一种离子电推进栅极间距变化诱发束流闪烁的装置的制作方法

1.本技术涉及航天空间电推进技术领域，具体而言，涉及一种离子电推进栅极间距变化诱发束流闪烁的装置。


背景技术：

2.空间用离子电推进先进的宇航动力技术，其原理是利用空间电能将推进剂电离产生高密度等离子体，并通过高电压栅极系统将离子提取、加速和排出产生推力。
3.在离子电推进长期工作过程中，由于高能离子轰击栅极的能量沉积、等离子体热传导及金属栅极自身的欧姆热等因素，导致栅极受热而不可避免的发生形变，进而改变既定的栅极间距，当栅极系统的两个栅极形变距离不一致且间距变小时，会诱发束流闪烁，束流闪烁会降低离子电推进的性能，严重将导致栅极损伤甚至栅极系统组件失效，制约了离子电推进产品寿命可靠性提升，限制了离子电推进的广泛应用。
4.现有技术中并没有涉及到离子电推进栅极间距变化诱发束流闪烁的地面实验装置，导致对栅极间距变化诱发束流闪烁的特性认识不足。


技术实现要素：

5.本技术提供了一种离子电推进栅极间距变化诱发束流闪烁的装置，能够解决离子电推进栅极间距改变地面实验测试的难题，可用于研究不同栅极间距下的离子电推进束流闪烁特性。
6.为了实现上述目的，本技术提供了一种离子电推进栅极间距变化诱发束流闪烁的装置，包括真空舱、支撑金属板、支撑杆、离子推力器、栅极系统、不锈钢托盘、密封腔体以及气体控制注入装置，其中：支撑金属板、支撑杆、离子推力器、栅极系统、不锈钢托盘以及密封腔体均设置在真空舱内部；支撑金属板焊接固定在真空舱的内壁上；离子推力器通过支撑金属板固定在真空舱的内部；支撑杆设置多根，多根支撑杆均与支撑金属板固定连接，形成一体结构；栅极系统通过支撑杆设置在离子推力器的上方，不锈钢托盘通过支撑杆可移动的设置在栅极系统的上方，密封腔体通过支撑杆设置在不锈钢托盘的上方；不锈钢托盘上设置有通孔，不锈钢托盘与栅极系统之间设置有第一组聚酰亚胺棒；密封腔体的内部设置有金属活塞，表面设置有连接孔，金属活塞与栅极系统之间设置有第二组聚酰亚胺棒；气体控制注入装置设置在真空舱的外部，通过气体管路与密封腔体连接。
7.进一步的，第一组聚酰亚胺棒由3根长度相等的聚酰亚胺棒组成，3根聚酰亚胺棒呈三角状分布，每根聚酰亚胺棒的中心均为中空结构，一端与不锈钢托盘固定连接，另一端与栅极系统的正电位栅极连接。
8.进一步的，第二组聚酰亚胺棒由3根长度相等的聚酰亚胺棒组成，3根聚酰亚胺棒呈三角状分布，每根聚酰亚胺棒的中心均为中空结构，一端与金属活塞固定连接，然后依次穿过密封腔体的连接孔和不锈钢托盘的通孔，另一端与栅极系统的负电位栅极连接。
9.进一步的，不锈钢托盘与栅极系统之间的距离≥1m。
10.进一步的，与不锈钢托盘连接的支撑杆在垂直方向上能够进行移动，移动的距离范围为0-2mm。
11.进一步的，金属活塞设置在密封腔体的顶部，并且能够在密封腔体内上下移动，移动的距离范围为-2mm-2mm。
12.进一步的，气体控制注入装置包括高压气体贮存罐、减压阀以及气体压力控制器，高压气体贮存罐依次通过减压阀和气体压力控制器与密封腔体连接。
13.进一步的，还包括用户终端，用户终端设置在真空舱的外部，与减压阀和气体压力控制器建立通讯连接。
14.本发明提供的一种离子电推进栅极间距变化诱发束流闪烁的装置，具有以下有益效果：
15.本技术通过气体压力实现了真空舱内活塞运动距离亚毫米级的精准控制，进而控制高压负电位栅极的形变量，通过可移动的支撑杆精准实现高压正电位栅极的形变量；通过控制正负电位栅极的空间不同形变量，能实现不同栅极间距的实验测试，解决了地面真空舱内离子电推进栅极热形变诱发束流闪烁实验研究平台缺乏的难题，为分析栅极间距变化诱发的束流闪烁特性分析提供了可行手段，为束流闪烁的抑制以及离子电推进性能可靠性的提升提供了支撑。
附图说明
16.构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，使得本技术的其它特征、目的和优点变得更明显。本技术的示意性实施例附图及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
17.图1是根据本技术实施例提供的离子电推进栅极间距变化诱发束流闪烁的装置的示意图；
18.图中：1-真空舱、2-支撑金属板、3-支撑杆、4-离子推力器、5-栅极系统、6-第一组聚酰亚胺棒、7-不锈钢托盘、8-第二组聚酰亚胺棒、9-密封腔体、10-金属活塞、11-气体压力控制器、12-用户终端、13-减压阀、14-高压气体贮存罐。
具体实施方式
19.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都应当属于本技术保护的范围。
20.需要说明的是，本技术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，以便这里描述的本技术的实施例。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、系统、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。
21.在本技术中，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技术及其实施例，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。
22.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技术中的具体含义。
23.另外，术语“多个”的含义应为两个以及两个以上。
24.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术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技术。
25.如图1所示，本技术提供了一种离子电推进栅极间距变化诱发束流闪烁的装置，包括真空舱1、支撑金属板2、支撑杆3、离子推力器4、栅极系统5、不锈钢托盘7、密封腔体9以及气体控制注入装置，其中：支撑金属板2、支撑杆3、离子推力器4、栅极系统5、不锈钢托盘7以及密封腔体9均设置在真空舱1内部；支撑金属板2焊接固定在真空舱1的内壁上；离子推力器4通过支撑金属板2固定在真空舱1的内部；支撑杆3设置多根，多根支撑杆3均与支撑金属板2固定连接，形成一体结构；栅极系统5通过支撑杆3设置在离子推力器4的上方，不锈钢托盘7通过支撑杆3可移动的设置在栅极系统5的上方，密封腔体9通过支撑杆3设置在不锈钢托盘7的上方；不锈钢托盘7上设置有通孔，不锈钢托盘7与栅极系统5之间设置有第一组聚酰亚胺棒6；密封腔体9的内部设置有金属活塞10，表面设置有连接孔，金属活塞10与栅极系统5之间设置有第二组聚酰亚胺棒8；气体控制注入装置设置在真空舱1的外部，通过气体管路与密封腔体9连接。
26.具体的，本技术实施例提供的离子电推进栅极间距变化诱发束流闪烁的装置主要为了解决离子电推进栅极间距改变地面实验测试的难题，通过本装置在地面环境下就可以模拟实现对不同栅极间距下离子电推进束流闪烁特性的研究，其中，通过支撑金属板2和支撑杆3将真空舱1内部的各组件构成了一个刚性的整体，降低了装置微振动、微形变等测量结果的影响，通过气体控制注入装置和密封腔体9实现了真空舱1内金属活塞10运动距离亚毫米级的精准控制，进而实现了对栅极系统5高压负电位栅极形变量的精准控制，通过可移动支撑杆3和不锈钢托盘7实现了对栅极系统5高压正电位栅极形变量的精准控制。后续通过正负电位栅极的空间形变，能够模拟不同栅极间距下离子电推进束流闪烁的情况，为离子电推进束流闪烁特性和抑制方法的地面研究提供了可行的实验装置。
27.更具体的，在本技术实施例中，真空舱1主要用于模拟实验所需的真空环境，真空度一般在10-3
pa以上；支撑金属板2和支撑杆3主要起到固定支撑的作用，离子推力器4通过支撑金属板2固定在真空舱1的内壁上，并且位于真空舱1内部偏下的位置处，支撑杆3优选设置3根，材料优选为铝合金材料，3根支撑杆3均固定在支撑金属板2上，并且沿垂直方向完全准直，形成一个整体结构，避免位置误差对后续栅极形变量结果的影响，其中，第一根支撑杆3用于固定栅极系统5，使栅极系统5固定在离子推力器4的前端(图中的上方)，第二根支撑杆3用于固定不锈钢托盘7，使不锈钢托盘7固定在栅极系统5的上方，但是第二根支撑杆3与支撑金属板2之间为可移动连接，能够在支撑金属板2进行小幅度的上下移动，从而带动不锈钢托盘7的上下移动，第三根支撑杆3用于固定密封腔体9，使密封腔体9固定在不锈
钢托盘7上；离子推力器4用于射出束流；栅极系统5用于模拟实验的栅极环境，包括正电位栅极和负电位栅极；不锈钢托盘7和密封腔体9则是进行栅极间距调整的关键结构，不锈钢托盘7通过第一组聚酰亚胺棒6与栅极系统5连接，实验过程中，在可移动支撑杆3(第二根支撑杆3)的作用下，不锈钢托盘7能够上下移动，通过第一组聚酰亚胺棒6能够实现对栅极系统5正电位栅极形变量的调节；密封腔体9内部设置有金属活塞10，金属活塞10通过第二组聚酰亚胺棒8与栅极系统5连接，而气体控制注入装置与密封腔体9连接，实验过程中，气体控制注入装置会向密封腔体9内部注入高压气体，金属活塞10在高压气体的作用下会进行上下移动，通过第二组聚酰亚胺棒8能够实现对栅极系统5负电位栅极形变量的调节。
28.进一步的，第一组聚酰亚胺棒6由3根长度相等的聚酰亚胺棒组成，3根聚酰亚胺棒呈三角状分布，每根聚酰亚胺棒的中心均为中空结构，一端与不锈钢托盘7固定连接，另一端与栅极系统5的正电位栅极连接。第一组聚酰亚胺棒6设置在栅极系统5和不锈钢托盘7之间，主要用于栅极系统5正电位栅极形变量的调节，选择中空结构的聚酰亚胺棒，主要是聚酰亚胺棒为非金属材料，耐高温，不会影响束流的引出，与栅极柔性接触，避免刚性接触导致局部的损伤(产生凸起、凹陷、毛刺等情况)，并且3根聚酰亚胺棒呈三角状分布，主要保证装置整体的稳定性，并且使正电位栅极能够整体均匀的发生形变。
29.进一步的，第二组聚酰亚胺棒8由3根长度相等的聚酰亚胺棒组成，3根聚酰亚胺棒呈三角状分布，每根聚酰亚胺棒的中心均为中空结构，一端与金属活塞10固定连接，然后依次穿过密封腔体9的连接孔和不锈钢托盘7的通孔，另一端与栅极系统5的负电位栅极连接。同理，第二组聚酰亚胺棒8也选择由3根呈三角状分布中空结构的聚酰亚胺棒组成，只不过第二组聚酰亚胺棒8设置在金属活塞10与栅极系统5之间，为了避免密封腔体9和不锈钢托盘7对聚酰亚胺棒设置的影响，需要在密封腔体9表面设置连接孔，在不锈钢托盘7上面设置通孔，连接安装过程中，使第二组的3根聚酰亚胺棒穿过连接孔和通孔，两端分别和金属活塞10以及栅极系统5的负电位栅极连接。
30.进一步的，不锈钢托盘7与栅极系统5之间的距离≥1m。在本技术实施例中，不锈钢托盘7与栅极系统5之间的距离优选≥1m，主要为了避免离子推力器4羽流对不锈钢托盘7的轰击，减少对离子推力器4正常工作的影响，且避免溅射导致多余物及其他干扰因素诱发非预期的束流闪烁。
31.进一步的，与不锈钢托盘7连接的支撑杆3在垂直方向上能够进行移动，移动的距离范围为0-2mm，不锈钢托盘7通过可移动的支撑杆3与支撑金属板2连接，主要使不锈钢托盘7能够在垂直方向上进行小幅度的上下移动，从而实现对栅极系统5正电位栅极形变量的调节。
32.进一步的，金属活塞10设置在密封腔体9的顶部，并且能够在密封腔体9内上下移动，移动的距离范围为-2mm-2mm。金属活塞10在气体压力的作用下能够在密封腔体9内进行上下移动，从而实现对栅极系统5负电位栅极形变量的调节，金属活塞10的移动距离范围为-2mm-2mm，保证最大程度的实现栅极之间的形变。
33.进一步的，气体控制注入装置包括高压气体贮存罐14、减压阀13以及气体压力控制器11，高压气体贮存罐14依次通过减压阀13和气体压力控制器11与密封腔体9连接。气体控制注入装置主要用于向密封腔体9内通入气体，从而实现对内部金属活塞10移动的控制，金属活塞10面对不同压力气体时，移动的距离不同；高压气体贮存罐14用于贮存提供高压
气体，减压阀13和气体压力控制器11用于控制进入密封腔体9内部气体的压力；通过控制进入密封腔体9内部气体的压力，能够实现对金属活塞10移动距离的控制，从而实现对栅极形变量的控制。
34.进一步的，还包括用户终端12，用户终端12设置在真空舱1的外部，与减压阀13和气体压力控制器11建立通讯连接。用户终端12主要用于远程操作，通过网络通讯与减压阀13和气体压力控制器11建立连接，用于根据前期标定得到的形变量数据库结果，灵活控制密封腔体9内部的气体压力。
35.更具体的，本技术实施例提供的离子电推进栅极间距变化诱发束流闪烁的装置再进行地面模拟实验时，首先将支撑金属板2、支撑杆3、离子推力器4、栅极系统5、不锈钢托盘7以及密封腔体9均设置在真空舱1内部，并进行对应结构的连接，然后利用可移动支撑杆3固定栅极系统5正电位栅极的形变量，接着密封真空舱1，将真空舱1内的气压抽至10-3
pa以上，开启离子推力器4进行正常放电工作，根据实验的需求(前期标定得到的栅极形变量数据库结果)，利用用户终端12分别控制减压阀13和气体压力控制器11，对进入密封腔体9内部的气体压力进行调节，实现对金属活塞10移动距离的调节，从而实现对所需栅极系统5负电位栅极位移形变量的调节，即实验过程中，正电位栅极的形变量是已知不变的，后续只需要调节负电位栅极的形变量即可，最后再利用额外的束流闪烁监测装置，观察和记录栅极间距变化对离子电推进对束流闪烁的影响特性及其演化规律，为地面模拟栅极间距变化诱发束流闪烁提供了工程可行的实验装置，解决了地面真空舱1内离子电推进栅极热形变诱发束流闪烁实验研究平台缺乏的难题，为束流闪烁的抑制及离子电推进性能可靠性的提升提供了支撑。
36.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种离子电推进栅极间距变化诱发束流闪烁的装置，其特征在于，包括真空舱、支撑金属板、支撑杆、离子推力器、栅极系统、不锈钢托盘、密封腔体以及气体控制注入装置，其中：所述支撑金属板、所述支撑杆、所述离子推力器、所述栅极系统、所述不锈钢托盘以及所述密封腔体均设置在所述真空舱内部；所述支撑金属板焊接固定在所述真空舱的内壁上；所述离子推力器通过所述支撑金属板固定在所述真空舱的内部；所述支撑杆设置多根，多根所述支撑杆均与所述支撑金属板固定连接，形成一体结构；所述栅极系统通过支撑杆设置在所述离子推力器的上方，所述不锈钢托盘通过支撑杆可移动的设置在所述栅极系统的上方，所述密封腔体通过支撑杆设置在所述不锈钢托盘的上方；所述不锈钢托盘上设置有通孔，所述不锈钢托盘与所述栅极系统之间设置有第一组聚酰亚胺棒；所述密封腔体的内部设置有金属活塞，表面设置有连接孔，所述金属活塞与所述栅极系统之间设置有第二组聚酰亚胺棒；所述气体控制注入装置设置在所述真空舱的外部，通过气体管路与所述密封腔体连接。2.根据权利要求1所述的离子电推进栅极间距变化诱发束流闪烁的装置，其特征在于，所述第一组聚酰亚胺棒由3根长度相等的聚酰亚胺棒组成，3根聚酰亚胺棒呈三角状分布，每根聚酰亚胺棒的中心均为中空结构，一端与所述不锈钢托盘固定连接，另一端与所述栅极系统的正电位栅极连接。3.根据权利要求1所述的离子电推进栅极间距变化诱发束流闪烁的装置，其特征在于，所述第二组聚酰亚胺棒由3根长度相等的聚酰亚胺棒组成，3根聚酰亚胺棒呈三角状分布，每根聚酰亚胺棒的中心均为中空结构，一端与所述金属活塞固定连接，然后依次穿过所述密封腔体的连接孔和所述不锈钢托盘的通孔，另一端与所述栅极系统的负电位栅极连接。4.根据权利要求1所述的离子电推进栅极间距变化诱发束流闪烁的装置，其特征在于，所述不锈钢托盘与所述栅极系统之间的距离≥1m。5.根据权利要求1所述的离子电推进栅极间距变化诱发束流闪烁的装置，其特征在于，与所述不锈钢托盘连接的支撑杆在垂直方向上能够进行移动，移动的距离范围为0-2mm。6.根据权利要求1所述的离子电推进栅极间距变化诱发束流闪烁的装置，其特征在于，所述金属活塞设置在所述密封腔体的顶部，并且能够在所述密封腔体内上下移动，移动的距离范围为-2mm-2mm。7.根据权利要求1所述的离子电推进栅极间距变化诱发束流闪烁的装置，其特征在于，所述气体控制注入装置包括高压气体贮存罐、减压阀以及气体压力控制器，所述高压气体贮存罐依次通过减压阀和气体压力控制器与所述密封腔体连接。8.根据权利要求7所述的离子电推进栅极间距变化诱发束流闪烁的装置，其特征在于，还包括用户终端，所述用户终端设置在所述真空舱的外部，与所述减压阀和所述气体压力控制器建立通讯连接。

技术总结
本申请涉及航天空间电推进技术领域，具体而言，涉及一种离子电推进栅极间距变化诱发束流闪烁的装置，离子推力器通过支撑金属板固定在真空舱的内部；支撑杆设置多根，栅极系统通过支撑杆设置在离子推力器的上方，不锈钢托盘通过支撑杆可移动的设置在栅极系统的上方，密封腔体通过支撑杆设置在不锈钢托盘的上方；不锈钢托盘上设置有通孔，与栅极系统之间设置有第一组聚酰亚胺棒；密封腔体的内部设置有金属活塞，与栅极系统之间设置有第二组聚酰亚胺棒；气体控制注入装置通过气体管路与密封腔体连接。本申请解决了地面真空舱内离子电推进栅极热形变诱发束流闪烁实验研究平台缺乏的难题，为分析栅极间距变化诱发的束流闪烁特性分析提供了可行手段。析提供了可行手段。析提供了可行手段。


技术研发人员：孙新锋 耿海 吴辰宸 王润福 蒲彦旭 陈浩 王紫桐 贺亚强 李婧 赵勇 孟伟
受保护的技术使用者：兰州空间技术物理研究所
技术研发日：2023.06.02
技术公布日：2023/10/15