[发明专利]一种热应力自适应栅极组件及其制作方法

说明书

本发明提出了一种热应力自适应栅极组件，能够有利于栅极组件热应力的释放，进而保持较高精度的栅间距，稳定推力器的性能。本发明针对离子推力器栅极组件的工作特点，在栅极组件安装环上安装可吸收栅极径向产生的热形变的吸热组件。通过吸热组件有效地释放栅极径向热形变，简化结构并提高了组件工作热稳定性，提高离子推力器的性能。

技术领域

本发明属于栅极设计技术领域，尤其涉及一种热应力自适应栅极组件及其制作方法。

背景技术

离子推力器是空间电推进的一种，具有比冲高、控制精度高的特点，是提升平台能力的必要手段,欧美国家已经将其应用于航天器以提高性能,比如美国的深空一号、日本的隼鸟号等深空探测中成功应用了电推进系统。目前，高推力密度的离子推力器束流直径已达到25-30cm，由于其效率高、比冲高，推力相对较高，对全电推进平台有吸引力。这些具有高推力密度的离子推力器的离子加速系统设计都使用了球型的屏栅极和加速栅极。

栅极组件是离子推力器的关键组件，主要作用是通过加载的栅极的电压引出放电室的离子并加速从而产生推力。栅极组件的性能直接关系到推力器的性能和寿命，甚至影响空间飞行任务的成败。

在离子推力器应用中，最常见的是双栅极离子引出系统，即屏栅和加速栅。双栅极通过专用陶瓷组件安装并隔离不同电位。双栅极装配间距通常设计为1mm左右。根据栅极组件导流设计，在栅极孔径、加载电压一定的条件下，栅极组件的束流引出能力由栅间距决定，推力器从启动到稳定工作，栅间距受热的影响在不断变化直至热平衡达到稳定，因此栅间距的保持对推力器的性能稳定至关重要。

随着推力器推力以及输入功率不断增大，单台已达到几十千瓦，这导致其放电室功率同步增加，以及整机热功率的增大。热功率增大引起众多工程问题，一般会导致产品中的部件产生热应力和应变。这与栅间距极高的精度要求产生矛盾，在推力器上的表现为性能下降，严重的会发生打火严重甚至短路不能工作。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种热应力自适应栅极组件及其制作方法，能够有利于栅极组件热应力的释放，进而保持较高精度的栅间距，稳定推力器的性能。

为实现上述目的，本发明的一种热应力自适应栅极组件，包括栅极、吸热组件和安装环；

吸热组件包括沿栅极周向均匀间隔分布的吸热块，吸热组件的厚度为栅极厚度的2～5倍，相邻间距为其厚度的6～12倍，高度为其厚度的2～5倍，吸热组件的材质为钛或钛合金；

栅极和安装环通过吸热组件连接固定一起，吸热组件与栅极和安装环从两头分别紧固，所述吸热组件中的紧固接触面为平面；。

其中，所述栅极为屏栅、加速栅或减速栅。

其中，吸热组件与栅极和安装环通过螺接或铆接方式从两头分别紧固。

本发明还提供了一种热应力自适应栅极组件的制作方法，制作本发明所述的热应力自适应栅极组件，包括如下步骤：

首先将安装环平置，将吸热组件放置在安装环上，按顺序采用螺接或铆接固定吸热组件；接着在吸热组件上放置栅极，将栅极放平并调整与安装环同轴后采用螺接或铆接依次固定，完成栅极组件的制作。

有益效果：

本发明针对离子推力器栅极组件的工作特点，在栅极组件安装环上安装可吸收栅极径向产生的热形变的吸热组件。通过吸热组件有效地释放栅极径向热形变，简化结构并提高了组件工作热稳定性，提高离子推力器的性能。

附图说明

图1为本发明完成连接的栅极组件示意图。

图2为本发明完成连接的栅极剖面示意图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。