[发明专利]一种用于脉冲等离子体推力器测量的飞行探针

说明书

本发明公开了一种用于脉冲等离子体推力器羽流诊断的飞行探针，使用接触式测量方法对脉冲等离子体推力器喷出等离子体团进行测量。测量对象为脉冲等离子体推力器，测量脉冲等离子体推力器喷出等离子体团的速度。采用了螺母从钨收集器尾部的螺纹安装在钨收集器上，利用钨收集器与螺母之间产生轴向的拉紧力，轴向固定了整个飞行探针，采用螺钉从侧面压紧的方式径向固定了整个探针。前端准直筒和后端准直筒起到了屏蔽非轴向离子，确保钨收集器和钨收集环收集到的是方向性良好的轴向运动离子。钨收集器和钨收集环加载‑20V偏置电压排斥电子收集离子，通过二者采集到的离子电流波形的时间差和钨收集器和钨收集环之间的距离差计算等离子体的喷射速度。

技术领域

本发明属于电推进等离子体测量领域，涉及一种使用接触式测量方法对脉冲等离子体推力器束流等离子体进行测量的飞行探针。

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。

脉冲等离子体推力器是第一种应用于航天器控制的电推力器，目前已被广泛应用于卫星以及深空探测器的姿轨控系统。

对脉冲等离子体推力器的羽流等离子体进行相关参数的测量对于提高优化发动机设计、提高发动机性能具有重要意义。飞行探针是测量等离子体喷射速度的基本测试手段之一，属于接触式测量方法，拥有测量原理简单，引起误差因素少，可多测点同时进行测量等优点。由于脉冲等离子体推力器属于脉冲式工作，每个工作周期为12μs，采用多次脉冲的推力在太空中实现卫星调姿的任务。所以针对这种工作过程的推力器专门设计了测量离子喷射速度和离子数密度的飞行探针。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种用于脉冲等离子体推力器测量的飞行探针，整体为圆柱形结构，采用了双收集面包括收集环和收集盘，置于脉冲等离子体推力器羽流中采集等离子体，安装于探针架上，与采样电阻和偏置电源数据采集仪形成回路，飞行探针测量脉冲等离子体推力器羽流的离子速度、离子数密度。

本发明的一种用于脉冲等离子体推力器羽流测量的飞行探针，包括：陶瓷挡板、聚四氟外壳、钨收集环、聚四氟绝缘层、不锈钢内壳、螺钉、钨收集器、内陶瓷垫片、外陶瓷垫片和螺母；

所述陶瓷挡板采用粘接的方式与聚四氟外壳相连；所述钨收集环从聚四氟外壳尾部的沉孔放入探针内部，通过不锈钢内壳和聚四氟绝缘层压紧来固定钨收集环；所述不锈钢内壳插入聚四氟外壳的沉孔内，通过聚四氟外壳尾部的通孔和螺钉固定不锈钢内壳，螺钉还起到压线的作用，为不锈钢内壳加载-20V偏置电压，用于环形收集器在负偏置电压作用下排斥羽流中的电子和吸收非轴向的羽流中的离子，从而使得钨表面收集羽流中的离子，形成离子电流；所述聚四氟绝缘层为聚四氟薄圆筒，插入不锈钢外壳内壁，防止内壁收集等离子体；所述的内陶瓷垫片内孔与钨收集器的中轴配合，外轴与不锈钢内壳的沉孔孔配合，固定了钨收集器和不锈钢内壳的相对位置；所述的钨收集器采用钨材料制作，后端螺纹连接螺母，中轴穿过内陶瓷垫片、外陶瓷垫片和不锈钢内壳，加-20V偏置电压，用于钨收集器在负偏置电压作用下排斥羽流中的电子和吸收非轴向的羽流中的离子，从而使得钨收集器收集羽流中的离子，形成离子电流；所述外陶瓷垫片与内陶瓷垫片安装方式一致；所述的螺母从钨收集器尾部的螺纹安装在钨收集器上，拧紧螺母，钨收集器与螺母之间产生轴向的拉紧力，固定了不锈钢内壳、螺钉、钨收集器、内陶瓷垫片、外陶瓷垫片之间的轴向关系；而不锈钢内壳与聚四氟外壳通过螺钉固定，从而固定了整个飞行探针。

本发明的优点在于：

(1)采用了钨收集环和钨收集器同时测量的设计，让同一团等离子体先打在钨收集环上再通过环内孔飞行一段距离打在后方的钨收集器上，实现了在推力器一次工作的过程中测量得到等离子体的喷射速度和密度，比多工况测量更加准确；