[发明专利]一种小尺寸、小功率钡钨空心阴极

说明书

技术领域

本发明属于电推进领域，涉及一种利用外部加热而使钡钨发射材料进行热电子发射的空心阴极。

背景技术

电推进是一类利用电能直接加热推进剂或利用电磁作用电离加速推进剂以获得推进动力的先进推进方式，具有较高的比冲、推力和效率，在大型航天器的轨道控制、深空探测和星际航行等空间任务中有广阔的应用前景。

在某些电推力器中，例如霍尔推力器和离子推力器，空心阴极置于推力器外部(或内部)，是独立于推力器的一个组件，它主要为推进剂的电离提供高能电子以及中和离子羽流。由于空心阴极是推力器中等离子体密度最高、电流密度最大、温度最高的部件，它的性能、可靠性与寿命都是限制推力器性能的重要指标。传统的空心阴极在功率、体型等方面都不适用于小功率的电推力器，故为此设计了低功率，小体型，低发射电流的钡钨空心阴极。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种小尺寸、小功率的钡钨空心阴极，为推力器提供高能电子以电离推进剂以及中和离子羽流。

一种钡钨空心阴极，包括触持级、热屏、陶瓷加热器、加热器外套、钡钨发射体、阴极管、石墨挡块、钨弹簧、阴极管陶瓷套、陶瓷挡片、陶瓷法兰，底部法兰；

阴极管包括尾部钛圆盘、中部钽管和顶部铈钨圆盘，依次固定连接，顶部铈钨圆盘中心设有小孔；钡钨发射体位于阴极管内，紧邻阴极管前端的顶部铈钨圆盘，钡钨发射体中心开孔；石墨挡块和钨弹簧均位于阴极管内，石墨挡块阻隔钨弹簧和钡钨反射体，钨弹簧通过弹性固定前端的钡钨发射体和石墨挡块，使钡钨发射体紧贴阴极管内壁；陶瓷加热器套在阴极管前段外围，陶瓷加热器外侧设有槽，电热丝缠绕在陶瓷加热器外侧槽内，加热器外套套在陶瓷加热器外部；阴极管陶瓷套套在阴极管外部，一端接触阴极管的尾部钛圆盘，另一端接触陶瓷加热器，阴极管陶瓷套阻隔电热丝与阴极管接触；热屏位于加热器外套外围，热屏将整个陶瓷加热器包在其中；陶瓷法兰中部设有空腔，阴极管的尾部钛圆盘位于空腔内，阴极管的尾部钛圆盘、陶瓷法兰、底部法兰固定连接，陶瓷法兰位于阴极管的尾部钛圆盘与底部法兰之间；触持级顶部开有小孔，内部设有环状凸起，热屏位于触持级内，通过环状凸起对热屏进行径向定位；陶瓷挡片位于陶瓷法兰和触持级之间，将陶瓷挡片、陶瓷法兰和触持级固定在底部法兰上；陶瓷法兰、底部法兰的中心均设有通孔。

本发明的优点在于：

(1)线路安排的设计：夹在触持级和陶瓷法兰之间的陶瓷挡片，其侧面的三个通孔大大方便了电热丝的配置，既固定了导线的进出口位置，也隔绝了导线和触持级内壁的接触；

(2)绝缘设计：装在阴极管外的陶瓷套，充分阻隔了电热丝和阴极管的接触，其前端的瓦状设计既有对加热器装置的定位作用，也方便了导线进入加热器；

(3)气密性设计：在空心阴极气路的关键位置，采用柔性石墨垫片的挤压式密封，石墨垫片耐高温，易变形，密封效果好，可靠性高；

(4)巧妙利用螺栓连接来导电，考虑到空心阴极的整体尺寸较小，阴极内部留给电线的空间很小，且各线路之间易发生交叉，引起短路。故将两路电线缠绕在阴极外部的螺栓上，间接连接到触持级和阴极管；

(5)加热器外围采用双线螺纹槽，配合加热器套，既可确保电热丝电线在加热器同一端进出，又可以压紧电线，保证它不会脱离凹槽。

附图说明

图1为钡钨空心阴极的装配图。

图2为钡钨空心阴极的三维剖视图。

图3为钡钨空心阴极的工作电路图。

图中：

1.第一螺母 2.第一螺栓 3.第二螺栓

4.第二螺母 5.第二螺栓绝缘套 6.第一螺栓绝缘套

7.触持级 8.热屏 9.加热器外套

10.陶瓷加热器11.阴极管12.钡钨发射体

13.石墨挡块14.钨弹簧15.阴极管陶瓷套

16.陶瓷挡片17.石墨垫圈18.陶瓷法兰

19.底部法兰301.空心阴极 302.加热器

303.触持级 304.阳极屏 305.真空舱

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明是一种钡钨空心阴极，如图1、图2所示，整体为分段式圆柱形结构，采用封闭式触持级7和铠装式加热器(陶瓷加热器10为铠装式加热器)，钡钨空心阴极安装在霍尔推力器的外侧，两者的轴线在同一平面内，且成一定角度。