[发明专利]一种环形磁钢环切场离子推力器结构和主支撑环

说明书

本发明公开了一种环形磁钢环切场离子推力器结构和用于该结构的主支撑环。该离子推力器结构包括主支撑环、安装架和绝缘陶瓷组件；该环形磁钢环切场离子推力器的物理功能性组件通过安装架和绝缘陶瓷组件安装在主支撑环上，使得这些物理功能性组件固定于相对位置处；其中，外壳安装在安装架上；阳极、栅极组件和安装架通过绝缘陶瓷组件安装在主支撑环上；柱段磁钢组件和栅极磁钢组件直接安装在主支撑环上。采用该结构后离子推力器结构变得紧凑，零部件数量减小，可装配性和维修性大幅提高；放电室对外散热能力增加，同样放电功耗热敏感元件使用环境温度降低；高低压电极间耐压能力提升；长期溅射沉积环境下高低压电极间绝缘下降基本消除。

技术领域

本发明涉及离子推力器技术领域，具体涉及一种环形磁钢环切场离子推力器结构和主支撑环。

背景技术

电推进技术作为一种先进空间推进技术，已经在空间各个应用领域得到了广泛应用，包括姿态控制、南北位置保持、轨道转移、大气阻尼补偿、深空探测主推进等。尤其在深空探测任务中，电推进技术以其高比冲、长寿命等特点，可以大大节省推进剂携带量，增加航天器有效载荷比例，具有很强的优势。

随着人类对空间探测的不断深入，探测任务所需速度增量越来越大，如火星采样返回、冥王星飞掠等任务要求速度增量大于20km/s。这些大速度增量深空探测任务的开展，需要大功率、高比冲、长寿命、高效率、轻量化离子电推进系统的支持。大功率、高比冲和长寿命特性保证其有限的寿命内产生足够的总冲，但需要考虑其带来的高温、高压、长期溅射沉积绝缘下降等问题；轻量化特性可减小航天器重量，增加有效载荷。

环形磁钢环切场离子推力器是目前离子推力器研究的主流方向，因为该类离子推力器具有束流均匀性好、效率高、功率宽范围可调性好等优点。如何通过结构设计解决上述离子推力器所面临的问题是实现环形磁钢环切场离子推力器工程产品研制的关键技术。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种环形磁钢环切场离子推力器结构，采用该结构后离子推力器结构变得紧凑，零部件数量减小，可装配性和维修性大幅提高。

进一步地，通过主支撑环的结构设计，使得放电室对外散热能力增加，同样放电功耗热敏感元件(如：磁钢)使用环境温度降低；高低压电极间耐压能力提升；长期溅射沉积环境下高低压电极间绝缘下降基本消除。

本发明提供的用于环形磁钢环切场离子推力器的主支撑环，其为圆筒结构；主支撑环后端开设安装架安装下接口和阳极安装接口；主支撑环前端为多层阶梯型内缩结构，不同层设计有不同安装接口，分别为栅极磁钢组件安装接口、栅极组件安装接口和安装架安装上接口；安装架安装上接口和安装架安装下接口的位置轴向对应；主支撑环中部的筒壁上开设柱段磁钢组件安装接口。

优选地，所述主支撑环后端以凸耳结构伸向内部，凸耳上开设安装架安装下接口和阳极安装接口。

优选地，所述多层阶梯型内缩结构从主支撑环前端面向中间部位分为顶层、中间层和内层；所述顶层为主支撑环前端面的环形内翻边，内翻边上开设通孔，作为栅极磁钢组件安装接口；所述中间层为第一环形阶梯面，第一环形阶梯面上开设通孔，作为栅极组件安装接口；所述内层为第二环形阶梯面，第二环形阶梯面上开设通孔，作为安装架安装上接口。

优选地，所述第一环形阶梯面和第二环形阶梯面在主支撑环的轴线方向上位置不同，但是两个环形阶梯面的半径和宽度相同；所述第一环形阶梯面由n个直角处为阳角的第一直角连接部组成，各第一直角连接部之间为镂空结构；n个第一直角连接部周向均匀分布，每个第一直角连接部上开设一个通孔，作为一个栅极组件安装接口；所述第二环形阶梯面由m对直角处为阴角的第二直角连接部组成，m<n；m对第二直角连接部设置在其中m个第一直角连接部处，且每对第二直角连接部设置在相应位置的第一直角连接部的两侧；每个第二直角连接部上开设一个通孔，作为一个安装架安装上接口；m和n均为正整数，n＝2m，每间隔一个第一直角连接部，设置一对第二直角连接部。