一種柱形磁鐵四級環尖離子推力器磁場制造技術

本發明專利技術公開了一種柱形磁鐵四級環尖離子推力器磁場，所述磁場由分布在放電室外的柱形永磁鐵產生，永磁鐵和導磁環緊密接觸將磁場導入放電室內部，導磁環共4個，將永磁鐵分成長度不同的3組，每組都包含若干柱形磁鐵并沿放電室周向均布。磁環在放電室內部形成4個環形磁極，相比傳統的3級環尖場，該磁極結構在陽極表面易于實現表面磁場特性，有利于放電效率的提升；同時，四個磁極更好的實現了磁場在陽極表面的約束，降低磁場強度要求，在放電室其他部位形成最大化的無磁場區域，可增強引出束流的分布均勻性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及屬于航天技術和等離子體推進
，具體涉及一種柱形磁鐵四級環尖離子推力器磁場。
技術介紹
離子推力器磁場在等離子體產生過程中起到約束原初電子，優化電離區域的作用，是離子推力器的核心設計內容，其設計原則是提高放電效率和等離子體約束能力。高的放電效率具體指高工質利用率和低放電損耗，好的等離子體約束能力指高束流平直度。實現上述目標的物理基礎就是磁極布局和磁場強度的分布。好的磁場設計要求:1)放電室內部磁力線盡量平行于放電室壁面，將原初電子盡量約束在陽極壁面附近；2)陰極出口處要求具有較強的磁場，磁力線超出陰極出口處后，即向放電室壁面方向延伸；3)柵極出口區域磁場要最弱，并使磁空區盡量大。目前，離子推力器磁場設計多為單陽極筒的3磁極環尖磁場形式，圖1是現有磁極布局及磁場分布示意圖。該布局結構的主要不足在于不能很好的兼顧陰極和柵極附近的磁場分布，使之都達到較優的狀態。并且，隨著離子推力器體積的增加，上述不足會更加突出。
技術實現思路
有鑒于此，本專利技術提供了一種放電效率高、束流密度分布均勻的磁極結構及磁場分布。本專利技術的磁場由沿放電室均布的3組柱形磁鐵提供，通過4個導磁環導入放電室內，相比傳統的3磁極結構，主要在錐段中部增加一路磁極，形成四級環尖磁場。通過調節四個磁極上的磁場強度，更易于實現上述所描述的好的磁場構型，而且多的一路磁極，也使磁場調節更加靈活，并且不受推力器體積增大的影響，在大體積下，同樣可以實現較優的磁場分布。為了解決上述技術問題，本專利技術是這樣實現的:一種柱形磁鐵四級環尖離子推力器磁場，包括4個導磁環、陽極筒、放電室壁面、柱形永磁鐵、陰極和柵極；放電室壁面包括錐段和柱段，陰極位于錐段開口處，柵極位于柱段開口處；4個導磁環均部分伸入放電室內部，形成四個磁極，分別是上磁極、錐段磁極、中間磁極和下磁極；上磁極位于放電室錐段靠近陰極一端，錐段磁極位于放電室錐段中部，中間磁極位于放電室錐段和柱段的交界處，下磁極位于放電室柱段靠近柵極一端；相鄰磁極極性相反；柱形永磁鐵分布在放電室壁面外側，被4個導磁環分為3組，每組12根并沿放電室周向均布，并與導磁環緊密接觸；陽極筒分為第一錐段陽極筒、第二錐段陽極筒和柱段陽極筒，均位于放電室壁面內側；第一錐段陽極筒位于上磁極和錐段磁極之間，第二錐段陽極筒位于錐段磁極和中間磁極之間，柱段陽極筒位于中間磁極和下磁極之間；各導磁環伸入放電室內部的長度超出各陽極筒內表面，將由柱形永磁鐵提供的磁場導入放電室內部，形成四級環尖磁場。優選地，各陽極筒與放電室壁面通過陶瓷絕緣子隔離。優選地，錐段磁極伸入放電室的方向與放電室軸線成45°角，與第一錐段陽極筒和第二錐段陽極筒壁面垂直。優選地，設上磁極與錐段磁極間距為A1，錐段磁極與中間磁極間距為A2,4和A 2取值范圍為70mm?80mm之間，中間磁極與下磁極間距B的取值范圍為10mm?IlOmm之間；其中，AjP A2是指磁極伸入放電室最內端的直線距離是指中間磁極和下磁極沿放電室軸向的距離。優選地，第一錐段陽極筒、第二錐段陽極筒和柱段陽極筒高度均取對應放電室壁面高度的80%。優選地，上磁極為雙環磁極，兩個磁極的厚度均為2mm ;錐段磁極的磁極厚度為2.5mm ;中間磁的極磁極厚度為4_ ;下磁極的磁極厚度為2_。有益效果:(I)放電室內部磁力線和陽極壁面平行，原初電子在該磁場構型的約束下，加上磁鏡作用的影響，將會在兩磁極之間做往復螺旋運動。這樣電子只有通過碰撞或者湍流輸運擴散才能夠穿越磁力線和陽極碰撞而消失，提高電子利用率，實現了放電等離子體的低氣壓化、高密度化和均勻化。(2)在錐段增加一個磁極，形成四級環尖磁場，將錐段的磁極距離減小，有利于將磁場限制在陽極附近區域，使放電室內部，特別是柵極附近的大部分區域接近為無場區，可增強引出束流的分布均勻性，尤其對束流口徑大于30cm的離子推力器效果更明顯。【附圖說明】圖1為現有技術離子推力器磁極結構、磁場分布示意圖。圖2為本專利技術的柱形磁鐵四級環尖磁場示意圖。圖3為四級環尖磁場磁場強度分布圖。其中，1-上磁極；2_錐段磁極；3_中間磁極；4_下磁極；5_第一錐段陽極筒；6-第二錐段陽極筒；7_柱段陽極筒；8_陶瓷絕緣子；9_放電室壁面；10_柱形永磁鐵；11_陰極；12-柵極-上磁極與錐段磁極間距；A2-錐段磁極與中間磁極間距；B-中間磁極與下磁極間距。【具體實施方式】下面結合附圖并舉實施例，對本專利技術進行詳細描述。本專利技術提供了一種柱形磁鐵四級環尖磁場結構，如圖2所示，包括4個導磁環、陽極筒、放電室壁面9、柱形永磁鐵10、陰極11和柵極12。放電室壁面9包括錐段和柱段，陰極11位于錐段開口處，柵極12位于柱段開口處。4個導磁環均部分伸入放電室內部，形成四個磁極，分別是上磁極1、錐段磁極2、中間磁極3和下磁極4。上磁極I位于錐段靠近陰極11 一端，錐段磁極2位于錐段中部，中間磁極3位于放電室錐段和柱段的交界處，下磁極4位于柱段靠近柵極12 —端。其中，上磁極I為雙環磁極，兩個磁極的厚度均為2mm ;錐段磁極2磁極厚度為2.5mm ;中間磁極3磁極厚度為4mm ;下磁極4磁極厚度為2mm。上述尺寸的確定可以通過磁場仿真優化得到，仿真時使磁極內部磁場強度低于飽和磁場強度前提下，盡可能的薄。柱形永磁鐵10提供磁場，其分布在放電室壁面9外側。多根柱形永磁鐵10被4個導磁環分為長度不同的3組，每組12根并沿放電室周向均布，并通過螺接的方式與導磁環緊密接觸，從而使得3組永磁鐵通過4個導磁環連接在一起。陽極筒分為第一錐段陽極筒5、第二錐段陽極筒6和柱段陽極筒7，均位于放電室壁面9內側；第一錐段陽極筒5位于上磁極1、錐段磁極2之間，第二錐段陽極筒6位于錐段磁極2、中間磁極3之間，柱段陽極筒7位于中間磁極3和下磁極4之間。各陽極筒與放電室壁面9通過陶瓷絕緣子8隔離。優選地，三部分陽極筒的高度均取對應放電室壁面9高度的80%。這是因為，陽極表面積越大，收集原初電子的能力越強，也就是說更大的陽極，可以匹配更強的磁場，在提高工質利用率的同時，放電損耗任能保持在較低的水平。因此，理論上陽極表面積越大當前第1頁1 2 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種柱形磁鐵四級環尖離子推力器磁場，其特征在于，包括4個導磁環(1,2,3,4)、陽極筒(5,6,7)、放電室壁面(9)、柱形永磁鐵(10)、陰極(11)和柵極(12)；放電室壁面(9)包括錐段和柱段，陰極(11)位于錐段開口處，柵極(12)位于柱段開口處；4個導磁環(1,2,3,4)均部分伸入放電室內部，形成四個磁極，分別是上磁極(1)、錐段磁極(2)、中間磁極(3)和下磁極(4)；上磁極(1)位于放電室錐段靠近陰極(11)一端，錐段磁極(2)位于放電室錐段中部，中間磁極(3)位于放電室錐段和柱段的交界處，下磁極(4)位于放電室柱段靠近柵極(12)一端；相鄰磁極極性相反；柱形永磁鐵(10)分布在放電室壁面(9)外側，被4個導磁環(1,2,3,4)分為3組，每組12根并沿放電室周向均布，并與導磁環緊密接觸；陽極筒分為第一錐段陽極筒(5)、第二錐段陽極筒(6)和柱段陽極筒(7)，均位于放電室壁面(9)內側；第一錐段陽極筒(5)位于上磁極(1)和錐段磁極(2)之間，第二錐段陽極筒(6)位于錐段磁極(2)和中間磁極(3)之間，柱段陽極筒(7)位于中間磁極(3)和下磁極(4)之間；各導磁環(1,2,3,4)伸入放電室內部的長度超出各陽極筒(5,6,7)內表面，將由柱形永磁鐵(10)提供的磁場導入放電室內部，形成四級環尖磁場。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：王亮，張天平，顧左，江豪成，王小永，耿海，胡竟，
申請(專利權)人：蘭州空間技術物理研究所，
類型：發明
國別省市：甘肅;62