[发明专利]一种大高径比霍尔推力器的磁路结构

说明书

一种大高径比霍尔推力器的磁路结构，属于航天电推进技术和等离子体技术领域，本发明为解决霍尔推力器保持体积不增加的情况下，为了增大放电通道高径比存在磁路结构设计不理想的问题。本发明包括上磁极板、下导磁底板、内铁芯、外导磁罩和磁屏；外导磁罩的上边沿设置环形结构的上磁极板；下导磁底板的上表面中心位置设置有圆柱形结构的内铁芯；磁屏包括外磁屏、内磁屏和磁屏底座；外磁屏为圆筒型结构，磁屏底座为圆环形平板结构，内磁屏为向下开口的喇叭型结构，内磁屏的喇叭小口端与内铁芯的侧壁之间存在间隙，内磁屏的喇叭大口端固定在磁屏底座的内环端，磁屏底座的外环端固定在外导磁罩的内侧壁上；外磁屏的下边沿固定在磁屏底座的环面上表面。

技术领域

本发明属于航天电推进技术和等离子体技术领域。

背景技术

霍尔推力器是一种利用正交电磁场电离和加速原子工质，将电能转换为离子动能的电推力器，具有结构简单、比冲高、效率高、可靠性高等优点，适用于各类航天器的姿态控制、位置保持、深空探测等任务，是目前国际上应用最成熟的电推进装置之一。

霍尔推力器通道内的磁场设计是推力器研究中不可或缺的部分，它是维持推力器持续稳定放电、控制离子束流发散的关键。理想的磁路结构所形成的磁场应当能够保证霍尔推力器正常放电工作，并且沿着通道中心线磁场梯度大，磁场强度最大值位置合理，对离子具有聚焦的效果，以减少离子对陶瓷壁面的溅射腐蚀。

霍尔推力器正朝着大功率、大推力的方向发展，以使航天器能够在短时间内获得大的速度增量，缩短任务时间。霍尔推力器的加速机制决定了其推力密度是一定的，因此增大推力提高功率的主要手段是增大通流面积。目前增大通流面积的主要措施是在保持一定的通道高径比通道宽度与通道中径的比值的基础上增大径向尺寸。然而，这样既会造成推力器的重量增长过多，不利于航天器总体质量与成本控制，又会造成推力器在航天器上的安装布局变得困难。为了规避上述问题，在保持径向尺寸基本不变的前提下采用大高径比的设计来增大通流面积是大功率大推力霍尔推力器发展的重要方向。相对于同等径向尺寸的推力器，大高径比推力器在磁场设计上面临着两个新的挑战：一是内部磁路空间被不可避免地压缩，保证高效励磁的结构设计变得困难，二是内外磁极间距磁隙增大，通道内磁场强度难以保证。

综上，在霍尔推力器向着大功率、大推力的发展过程中，大高径比通道构型的推力器具有大推重比、小尺寸的优点；然而，大高径比条件下的励磁性能与效率面临挑战。需要一种合理的磁路结构设计，能够满足理想的磁路结构所形成的磁场。

发明内容

本发明的目的是为了解决霍尔推力器保持径向轮廓尺寸不增加的前提下，为了增大放电通道面积而采用大高径比通道设计带来的磁场设计困难的问题，提供了一种大高径比霍尔推力器的磁路结构。

本发明所述一种大高径比霍尔推力器的磁路结构，它包括上磁极板、外导磁罩、下导磁底板、内铁芯和磁屏；

下导磁底板与外导磁罩共同围成向上开口的圆桶形结构；

外导磁罩的上边沿设置环形结构的上磁极板，所述上磁极板与下导磁底板上下相对；

下导磁底板的上表面中心位置设置有圆柱形结构的内铁芯；

磁屏包括外磁屏、内磁屏和磁屏底座；外磁屏为圆筒型结构，磁屏底座为圆环形平板结构，内磁屏为向下开口的喇叭型结构，内磁屏的喇叭小口端与内铁芯的侧壁之间存在间隙，内磁屏的喇叭大口端固定在磁屏底座的内环端，磁屏底座的外环端固定在外导磁罩的内侧壁上；外磁屏的下边沿固定在磁屏底座的环面上表面；

磁屏底座和下导磁底板之间的空隙用于安装励磁线圈；外磁屏与外导磁罩上部之间的空隙用于安装励磁线圈。