一种大功率霍尔推力器低气压放电击穿抑制组件的制作方法

1.本发明涉及航天器推进技术领域，具体为一种大功率霍尔推力器低气压放电击穿抑制组件。


背景技术：

2.大功率霍尔电推进具有大推功比、高比冲、长寿命等优势，是未来大型空间任务不可或缺的动力技术，美俄等航天强国均高度重视大力发展。较之离子推力器(30mn/kw)、磁等离子体动力推进(10mn/kw)、可变比冲磁等离子体推进(25mn/kw)等电推力器，霍尔推力器推功比最高，达到了45-66mn/kw，是满足未来任务的首选。
3.大功率霍尔推力器尺寸较大，50kw的尺寸超过了0.5m，受制于工艺技术和力热环境的严苛要求，陶瓷放电腔室很难做到中小功率霍尔推力器那样的工程一体化陶瓷放电室，为此，通常采用分段式的陶瓷放电腔，并且放电室不对阳极进行包裹，而是直接落到阳极上，并通过压环进行固定，形成了大尺寸金属陶瓷复合放电室，从而形成了诸多的缝隙，这些缝隙在十几千瓦功率热载荷作用下，会变得更大，造成了气体漏气的潜通路，致使形成了局部低气压环境，这样会使得气体潜在通路(漏气)。
4.同时，由于推力器尺寸大，为获得放电室稳定放电所需的的磁场强度，需要更大电流和更多匝数的励磁线圈，更大电流则要求励磁线更粗，以能够耐受高电流。从而导致大功率霍尔推力器具有质量和体积非常大，这些励磁线含有大量粘合剂，这些粘合剂在真空环境中出会出现出气现象，进一步促成了局部低气压的形成。所以亟待解决。


技术实现要素：

5.因此，本发明为了解决上述技术问题，从而提供一种大功率霍尔推力器低气压放电击穿抑制组件。
6.本发明的技术方案是：一种大功率霍尔推力器低气压放电击穿抑制组件，包括：底板，所述底板上面中部设置内磁芯，所述内磁芯外壁上缠绕内线圈，所述内磁芯、内线圈顶部设置上极靴，所述底板外侧设置外线圈，所述外线圈外部设置外极靴，所述外线圈、外极靴顶部设置外磁极，所述内线圈与外线圈之间为设有环形凹槽结构的放电通道，所述放电通道内设置轮辐结构磁屏，所述轮辐结构磁屏包括外磁屏环、设置在所述外磁屏环内圈的内磁屏环以及多个将所述外磁屏环与内磁屏环沿径向连接固定的辐柄，所述辐柄上方的所述内磁屏环外部同轴套设内隔离陶瓷环，所述辐柄上方的所述外磁屏环内圈同轴嵌套外隔离陶瓷环，所述内隔离陶瓷环、外隔离陶瓷环顶部设置环形陶瓷纤维纸，所述陶瓷纤维纸上面设置阳极组件，所述底板底面设置推力器外壳，所述推力器外壳上端与所述底板四周密封连接固定，所述推力器外壳下端开设抽气口，所述抽气口沿轴向设置多道金属网，多道金属网通过金属压板固定在所述推力器外壳上。
7.上述技术方案中，每个所述辐柄中部均沿轴线方向均设置朝上的沉头通孔，每个所述沉头通孔上方正对的所述陶瓷纤维纸上设置贯通孔，螺栓从下至上依次穿过所述沉头
通孔、贯通孔后与所述阳极组件底部对应位置开设的螺纹孔螺纹连接固定。
8.上述技术方案中，所述阳极组件向着轮辐结构磁屏侧喷涂绝缘陶瓷。
9.上述技术方案中，所述辐柄为长条板。
10.上述技术方案中，所述上极靴外圈边缘沿圆周方向开设多个轴向排气孔一；所述外极靴沿圆周方向开设多个径向排气孔二。
11.上述技术方案中，所述底板沿圆周方向开设环形凹槽，所述环形凹槽底部沿圆周方向设置环形贯通孔，所述放电通道通过所述环形凹槽、环形贯通孔与所述底板底部相连通，所述外磁屏环下端沿轴向插入所述环形凹槽内并嵌套在所述环形凹槽外圈固定，所述内磁屏环下端沿轴向插入所述环形凹槽内并嵌套在所述环形凹槽内圈固定。
12.上述技术方案中，所述外磁屏环外边缘、内磁屏环内圈边缘均沿圆周方向设置多个轴向贯通的通气孔。
13.本发明技术方案，具有如下优点：
14.(1)本发明通过设置陶瓷纤维纸，在漏气向推力器尾部漏气路径进行了阻断，可实现分立放电室陶瓷件；
15.(2)本发明通过设置排气孔，实现了消弱了出气的影响，规避了低气压产生的隐患；
16.(3)本发明通过多层隔离网的设计，即降低了尾部存在低气压存在的风险，又提升了气体排出，降低了低气压产生的风险；
17.(4)本发明将阳极组件面向轮辐结构磁屏侧进行陶瓷喷涂，增强了绝缘性，进一步提升了打火击穿的抑制。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本发明实施例1的整体结构剖视示意图；
20.图2为本发明实施例1的上极靴结构俯视示意图；
21.图3为本发明实施例1的外极靴结构主视示意图；
22.图4为本发明实施例1的轮辐结构磁屏结构俯视示意图。
23.附图标记说明：
24.1-上极靴、2-内线圈、3-轮辐结构磁屏、4-内隔离陶瓷环、5-陶瓷纤维纸、6-阳极组件、7-外隔离陶瓷环、8-外线圈、9-外极靴、10-推力器外壳、11金属网、12金属压板、13-底板、14-内磁芯、15-螺栓、31-外磁屏环、32-内磁屏环、33-辐柄、51-贯通孔、91-排气孔二、101-抽气口、102-排气孔一131-环形凹槽、132-环形贯通孔、301-通气孔、331-沉头通孔。
具体实施方式
25.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
26.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
27.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
28.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
29.实施例1：
30.请参见附图1-4，一种大功率霍尔推力器低气压放电击穿抑制组件，包括：底板13，所述底板13上面中部设置内磁芯14，所述内磁芯14外壁上缠绕内线圈2，所述内磁芯14、内线圈2顶部设置上极靴1，所述底板13外侧设置外线圈8，所述外线圈8外部设置外极靴9，所述外线圈8、外极靴9顶部设置外磁极15，所述内线圈2与外线圈8之间为设有环形凹槽结构的放电通道，所述放电通道内设置轮辐结构磁屏3，所述轮辐结构磁屏3包括外磁屏环31、设置在所述外磁屏环31内圈的内磁屏环32以及多个将所述外磁屏环31与内磁屏环32沿径向连接固定的辐柄33，所述辐柄33上方的所述内磁屏环32外部同轴套设内隔离陶瓷环4，所述辐柄33上方的所述外磁屏环31内圈同轴嵌套外隔离陶瓷环7，所述内隔离陶瓷环4、外隔离陶瓷环7顶部设置环形陶瓷纤维纸5，所述陶瓷纤维纸5上面设置阳极组件6，所述底板13底面设置推力器外壳10，所述推力器外壳10上端与所述底板13四周密封连接固定，所述推力器外壳10下端开设抽气口101，所述抽气口101沿轴向设置多道金属网11，多道金属网11通过金属压板12固定在所述推力器外壳10上，既能够实现真空系统对尾部顺畅的抽气，又能够抑制空间等离子体进入，降低初始电子对放电击穿的影响，降低低气压存在的风险。金属压板12是长条形压片，用于压住金属网四个边，然后，第二层金属网压在该压板的另一侧，而后添加第二组四个新的压板，压住第二层金属网另外一层，以此类推，金属网和压板间隔排列，形成多层金属网通过多个金属压板分隔开的堆叠的立体组件结构，组件四个边均设置通孔，通过螺钉固定至推力器上。其中金属网的间隔就是压板的厚度，约为1-2mm量级。
31.上述实施例中，阳极组件与辐柄之间设置内隔离陶瓷环、陶瓷纤维纸、外隔离陶瓷环，形成了对阳极供气向推力器尾部气体漏气的潜通路的封堵，其中，轮辐结构磁屏整体呈现车轮辐射状，其不能够完全包裹阳极供气组件，导致阳极供气向推力器尾部进行气体流动的通路存在；同时，上极靴和外极靴设置了排气孔，提升内、外励磁线圈出气后的排出速度；改造了封闭式尾部外壳，设置了多层网结构，既能够实现尾部气体被真空系统抽走的路径顺畅，又能够抑制空间等离子体进入，降低低气压存在的风险；同步，对阳极向着轮辐结构磁屏侧进行绝缘陶瓷喷涂，增强绝缘。上述几种组件特殊设计，实现了打火击穿的抑制，在推力器尾部设置推力器外壳，在这种情况下，当上面漏气和出气进入推力器尾部空间后，受制于外壳阻挡，就形成低气压空腔，结合大功率推力器需要加载近千伏的高电压，就会发生击穿打火放电。由于形成放电击穿两个主要因素是气压、绝缘间距，即pd值，为规避击穿，尽量降低气压，形成高真空；同时，增加绝缘间距，进一步增大击穿值，可以有效实现了环境
等离子体影响的抑制，使得低气压放电击穿得以抑制。
32.上述实施例中，每个所述辐柄33中部均沿轴线方向均设置朝上的沉头通孔331，每个所述沉头通孔331上方正对的所述陶瓷纤维纸5上设置贯通孔51，螺栓15从下至上依次穿过所述沉头通孔331、贯通孔51后与所述阳极组件6底部对应位置开设的螺纹孔螺纹连接固定。
33.上述实施例中，所述阳极组件6向着轮辐结构磁屏3侧喷涂绝缘陶瓷，增强绝缘，可以对打火击穿产生抑制。
34.上述实施例中，优选地，所述辐柄33为长条板。
35.上述实施例中，所述上极靴1外圈边缘沿圆周方向开设多个轴向排气孔一102；所述外极靴9沿圆周方向开设多个径向排气孔二91，所述上极靴和外极靴设置排气孔，提升出气后的气体排出速度。
36.上述实施例中，所述底板13沿圆周方向开设环形凹槽131，所述环形凹槽131底部沿圆周方向设置环形贯通孔132，所述放电通道通过所述环形凹槽131、环形贯通孔132与所述底板13底部相连通，所述外磁屏环31下端沿轴向插入所述环形凹槽131内并嵌套在所述环形凹槽131外圈固定，所述内磁屏环32下端沿轴向插入所述环形凹槽131内并嵌套在所述环形凹槽131内圈固定。
37.上述实施例中，优选地，所述外磁屏环31外边缘、内磁屏环32内圈边缘均沿圆周方向设置多个轴向贯通的通气孔301。
38.另外，本发明基于陶瓷纤维纸技术，即无机硅酸盐材料，能够耐受高温(1400℃以上)，且不导电；耐火纤维加工，有柔性，通过挤压，可以起到密封的作用等诸多突出特点；本设计的内涵为通过陶瓷纤维纸引入、排气孔和多层隔离网的设置以及阳极组件局部喷涂，规避了低气压存在风险，同时实现了环境等离子体影响的抑制，使得低气压放电击穿得以抑制。
39.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

技术特征：
1.一种大功率霍尔推力器低气压放电击穿抑制组件，其特征在于，包括：底板(13)，所述底板(13)上面中部设置内磁芯(14)，所述内磁芯(14)外壁上缠绕内线圈(2)，所述内磁芯(14)、内线圈(2)顶部设置上极靴(1)，所述底板(13)外侧设置外线圈(8)，所述外线圈(8)外部设置外极靴(9)，所述外线圈(8)、外极靴(9)顶部设置外磁极(15)，所述内线圈(2)与外线圈(8)之间为设有环形凹槽结构的放电通道，所述放电通道内设置轮辐结构磁屏(3)，所述轮辐结构磁屏(3)包括外磁屏环(31)、设置在所述外磁屏环(31)内圈的内磁屏环(32)以及多个将所述外磁屏环(31)与内磁屏环(32)沿径向连接固定的辐柄(33)，所述辐柄(33)上方的所述内磁屏环(32)外部同轴套设内隔离陶瓷环(4)，所述辐柄(33)上方的所述外磁屏环(31)内圈同轴嵌套外隔离陶瓷环(7)，所述内隔离陶瓷环(4)、外隔离陶瓷环(7)顶部设置环形陶瓷纤维纸(5)，所述陶瓷纤维纸(5)上面设置阳极组件(6)，所述底板(13)底面设置推力器外壳(10)，所述推力器外壳(10)上端与所述底板(13)四周密封连接固定，所述推力器外壳(10)下端开设抽气(101)，所述抽气口(101)沿轴向设置多道金属网(11)，多道金属网(11)通过金属压板(12)固定在所述推力器外壳(10)上。2.根据权利要求1所述的一种大功率霍尔推力器低气压放电击穿抑制组件，其特征在于，每个所述辐柄(33)中部均沿轴线方向均设置朝上的沉头通孔(331)，每个所述沉头通孔(331)上方正对的所述陶瓷纤维纸(5)上设置贯通孔(51)，螺栓(15)从下至上依次穿过所述沉头通孔(331)、贯通孔(51)后与所述阳极组件(6)底部对应位置开设的螺纹孔螺纹连接固定。3.根据权利要求1所述的一种大功率霍尔推力器低气压放电击穿抑制组件，其特征在于，所述阳极组件(6)向着轮辐结构磁屏(3)侧喷涂绝缘陶瓷。4.根据权利要求1所述的一种大功率霍尔推力器低气压放电击穿抑制组件，其特征在于，所述辐柄(33)为长条板。5.根据权利要求1所述的一种大功率霍尔推力器低气压放电击穿抑制组件，其特征在于，所述上极靴(1)外圈边缘沿圆周方向开设多个轴向排气孔一(102)；所述外极靴(9)沿圆周方向开设多个径向排气孔二(91)。6.根据权利要求1所述的一种大功率霍尔推力器低气压放电击穿抑制组件，其特征在于，所述底板(13)沿圆周方向开设环形凹槽(131)，所述环形凹槽(131)底部沿圆周方向设置环形贯通孔(132)，所述放电通道通过所述环形凹槽(131)、环形贯通孔(132)与所述底板(13)底部相连通，所述外磁屏环(31)下端沿轴向插入所述环形凹槽(131)内并嵌套在所述环形凹槽(131)外圈固定，所述内磁屏环(32)下端沿轴向插入所述环形凹槽(131)内并嵌套在所述环形凹槽(131)内圈固定。7.根据权利要求6所述的一种大功率霍尔推力器低气压放电击穿抑制组件，其特征在于，所述外磁屏环(31)外边缘、内磁屏环(32)内圈边缘均沿圆周方向设置多个轴向贯通的通气孔(301)。

技术总结
本发明公开了一种大功率霍尔推力器低气压放电击穿抑制组件，包括底板，底板上面中部设置内磁芯，内磁芯外壁上缠绕内线圈，内磁芯、内线圈顶部设置上极靴，底板外侧设置外线圈，外线圈外部设置外极靴，外线圈、外极靴顶部设置外磁极，内线圈与外线圈之间为设有环形凹槽结构的放电通道，放电通道内设置轮辐结构磁屛，轮辐结构磁屛包括外磁屛环、设置在外磁屛环内圈的内磁屛环以及多个将外磁屛环与内磁屛环沿径向连接固定的辐柄，辐柄上方的内磁屛环外部同轴套设内隔离陶瓷环，辐柄上方的外磁屛环内圈同轴嵌套外隔离陶瓷环。本发明可有效规避霍尔推力器低气压放电存在的风险，同时实现了环境等离子体影响的抑制，使得低气压放电击穿得以抑制。击穿得以抑制。击穿得以抑制。


技术研发人员：郭宁 王尚民 李沛 耿海 刘超 郭伟龙 吴辰宸 吴先明 何非 岳士超
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：2022.12.01
技术公布日：2023/5/23