本發明涉及微陰極電弧推(tui)力器，特(te)別是(shi)涉及一種微陰極電弧推(tui)力器。

背景技術：

1、微(wei)陰(yin)極(ji)(ji)電(dian)(dian)(dian)弧(hu)推力(li)(li)(li)器(qi)具有(you)高比(bi)沖、低功率(lv)、體積小以及質量(liang)(liang)低等(deng)特點，適合(he)作為立方星推進(jin)裝置，具有(you)很好(hao)的(de)發展前景。現有(you)的(de)微(wei)陰(yin)極(ji)(ji)電(dian)(dian)(dian)弧(hu)推力(li)(li)(li)器(qi)的(de)絕(jue)緣(yuan)(yuan)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)均為頂面(mian)(mian)(mian)為平面(mian)(mian)(mian)的(de)圓(yuan)環(huan)狀結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)，且絕(jue)緣(yuan)(yuan)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)的(de)頂面(mian)(mian)(mian)涂(tu)有(you)導(dao)(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)涂(tu)層，涂(tu)層的(de)阻(zu)(zu)值(zhi)約為幾(ji)(ji)(ji)百歐，微(wei)陰(yin)極(ji)(ji)電(dian)(dian)(dian)弧(hu)推力(li)(li)(li)器(qi)工作的(de)初始(shi)階(jie)段(duan)，在(zai)陰(yin)陽極(ji)(ji)之間(jian)(jian)施加數百伏的(de)脈沖電(dian)(dian)(dian)壓擊穿絕(jue)緣(yuan)(yuan)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)表(biao)面(mian)(mian)(mian)的(de)導(dao)(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)涂(tu)層進(jin)而形成微(wei)量(liang)(liang)等(deng)離子(zi)體，最終燒蝕陰(yin)極(ji)(ji)產(chan)生大量(liang)(liang)等(deng)離子(zi)體，因此(ci)放(fang)(fang)(fang)(fang)電(dian)(dian)(dian)形式主要以沿絕(jue)緣(yuan)(yuan)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)的(de)沿面(mian)(mian)(mian)放(fang)(fang)(fang)(fang)電(dian)(dian)(dian)為主，隨著放(fang)(fang)(fang)(fang)電(dian)(dian)(dian)的(de)持續進(jin)行，絕(jue)緣(yuan)(yuan)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)表(biao)面(mian)(mian)(mian)的(de)導(dao)(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)涂(tu)層被大量(liang)(liang)剝落，促(cu)使推力(li)(li)(li)器(qi)極(ji)(ji)間(jian)(jian)阻(zu)(zu)抗(kang)(即陰(yin)陽極(ji)(ji)之間(jian)(jian)的(de)阻(zu)(zu)值(zhi))驟增(zeng)，絕(jue)緣(yuan)(yuan)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)表(biao)面(mian)(mian)(mian)的(de)導(dao)(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)涂(tu)層阻(zu)(zu)值(zhi)在(zai)幾(ji)(ji)(ji)百歐至幾(ji)(ji)(ji)千歐范圍(wei)內，推力(li)(li)(li)器(qi)可以進(jin)行放(fang)(fang)(fang)(fang)電(dian)(dian)(dian)，但(dan)當(dang)絕(jue)緣(yuan)(yuan)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)表(biao)面(mian)(mian)(mian)的(de)導(dao)(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)涂(tu)層阻(zu)(zu)值(zhi)超過(guo)一定數值(zhi)(通常(chang)為幾(ji)(ji)(ji)千歐)后，推力(li)(li)(li)器(qi)將失效，因此(ci)推力(li)(li)(li)器(qi)極(ji)(ji)間(jian)(jian)阻(zu)(zu)抗(kang)驟增(zeng)會(hui)導(dao)(dao)(dao)致推力(li)(li)(li)器(qi)使用壽命縮短(duan)、總沖量(liang)(liang)降低。

2、因此，如何設計一種微陰極(ji)電弧(hu)推(tui)(tui)力(li)器，減少電弧(hu)對絕緣結構表面的導電涂層的燒蝕(shi)，提(ti)高(gao)推(tui)(tui)力(li)器使用壽(shou)命和總沖量是本領域技術人員亟需解決的技術問(wen)題(ti)。

技術實現思路

1、本發明的(de)(de)目的(de)(de)在(zai)于針對現有技術(shu)中(zhong)的(de)(de)缺陷和(he)不足，提(ti)供一種微陰極電弧(hu)推力器，減少電弧(hu)對絕緣體表面的(de)(de)導電涂(tu)層的(de)(de)燒蝕(shi)，提(ti)高(gao)推力器的(de)(de)使用壽命和(he)總(zong)沖量(liang)。

2、為實現上述目的，本發明(ming)采用的技術(shu)方案是：

3、本發明提供一(yi)種微陰(yin)(yin)極電弧推(tui)力(li)器，包(bao)括陰(yin)(yin)極、絕緣體和(he)陽極，所(suo)述(shu)(shu)(shu)絕緣體的(de)頂面中位于所(suo)述(shu)(shu)(shu)陰(yin)(yin)極和(he)所(suo)述(shu)(shu)(shu)陽極之(zhi)間的(de)區域為斜(xie)(xie)面，所(suo)述(shu)(shu)(shu)陰(yin)(yin)極的(de)頂面和(he)所(suo)述(shu)(shu)(shu)陽極的(de)頂面均不低(di)于所(suo)述(shu)(shu)(shu)斜(xie)(xie)面的(de)最高(gao)點，且所(suo)述(shu)(shu)(shu)陰(yin)(yin)極與(yu)所(suo)述(shu)(shu)(shu)陽極的(de)連線(xian)中與(yu)水平方(fang)向平行的(de)線(xian)段短于斜(xie)(xie)面的(de)長度。

4、優選地，所(suo)述(shu)(shu)陰(yin)極(ji)、所(suo)述(shu)(shu)絕緣(yuan)體(ti)和所(suo)述(shu)(shu)陽(yang)極(ji)按照由內(nei)到外的順序依(yi)次設置。

5、優選地，所(suo)(suo)述(shu)陰(yin)極與所(suo)(suo)述(shu)斜(xie)面相交的(de)位置(zhi)(zhi)低于(yu)所(suo)(suo)述(shu)陽極與所(suo)(suo)述(shu)斜(xie)面相交的(de)位置(zhi)(zhi)。

6、優選地，所(suo)述斜面與水(shui)平方向的夾(jia)角為15°至30°。

7、優選(xuan)地，所述(shu)(shu)絕緣體(ti)與所述(shu)(shu)陰極、所述(shu)(shu)絕緣體(ti)與所述(shu)(shu)陽極之間的(de)接觸面(mian)均為平面(mian)。

8、優選地，所述(shu)絕緣體為絕緣陶瓷(ci)。

9、優選地，所(suo)(suo)(suo)述陽(yang)極的(de)外(wai)部設有外(wai)殼，所(suo)(suo)(suo)述外(wai)殼的(de)內(nei)部設有用于容納所(suo)(suo)(suo)述陽(yang)極的(de)第三通孔(kong)(kong)，所(suo)(suo)(suo)述陽(yang)極位于所(suo)(suo)(suo)述第三通孔(kong)(kong)內(nei)，且所(suo)(suo)(suo)述陽(yang)極的(de)頂面以及(ji)位于所(suo)(suo)(suo)述陽(yang)極內(nei)的(de)所(suo)(suo)(suo)述絕緣體和所(suo)(suo)(suo)述陰極的(de)頂面均不伸出所(suo)(suo)(suo)述第三通孔(kong)(kong)。

10、優選地，所述(shu)外殼的外部(bu)設有(you)用于(yu)加速等(deng)離子體的永磁鐵(tie)，高度方向上，所述(shu)永磁鐵(tie)至(zhi)少全部(bu)覆蓋所述(shu)斜面。

11、優選地，所述(shu)外(wai)殼的底(di)(di)部設有底(di)(di)座，所述(shu)底(di)(di)座與(yu)所述(shu)外(wai)殼可拆卸連接。

12、優選地(di)，所述底座通過螺(luo)栓(shuan)和螺(luo)母與(yu)所述外殼(ke)相(xiang)連接。

13、本(ben)發(fa)明相對于現(xian)有技術取(qu)得了以(yi)下技術效果(guo)：

14、1、本(ben)發明(ming)通過(guo)設置陰(yin)(yin)極(ji)、絕(jue)緣(yuan)體和(he)陽(yang)極(ji)，絕(jue)緣(yuan)體的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)頂面(mian)(mian)中位(wei)于(yu)陰(yin)(yin)極(ji)和(he)陽(yang)極(ji)之間的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)區域(yu)為斜(xie)面(mian)(mian)，陰(yin)(yin)極(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)頂面(mian)(mian)和(he)陽(yang)極(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)頂面(mian)(mian)均不低(di)于(yu)斜(xie)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)最高點，且(qie)陰(yin)(yin)極(ji)與陽(yang)極(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)連線中與水平方向平行的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)線段短(duan)于(yu)斜(xie)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)長度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方式(shi)，使得本(ben)發明(ming)不僅(jin)有沿(yan)絕(jue)緣(yuan)體表面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)放(fang)電(dian)(dian)通道(dao)(dao)l1，還(huan)有因為燒蝕陰(yin)(yin)極(ji)后(hou)產(chan)生(sheng)金屬蒸氣(qi)而(er)形成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)放(fang)電(dian)(dian)通道(dao)(dao)l2，且(qie)沿(yan)放(fang)電(dian)(dian)通道(dao)(dao)l2的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)放(fang)電(dian)(dian)形式(shi)是(shi)氣(qi)體放(fang)電(dian)(dian)，即通過(guo)電(dian)(dian)弧擊穿氣(qi)體放(fang)電(dian)(dian)，此時電(dian)(dian)弧不與絕(jue)緣(yuan)體的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)表面(mian)(mian)相接觸，故在氣(qi)體放(fang)電(dian)(dian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)形式(shi)下絕(jue)緣(yuan)體表面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)導電(dian)(dian)涂層幾乎(hu)不產(chan)生(sheng)損耗，從(cong)而(er)降低(di)了微陰(yin)(yin)極(ji)推力(li)器陽(yang)極(ji)和(he)陰(yin)(yin)極(ji)之間阻(zu)抗的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)升(sheng)高，提高了微陰(yin)(yin)極(ji)電(dian)(dian)弧推力(li)器的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)壽命和(he)總沖量。

15、本(ben)發明(ming)的(de)其他技(ji)術(shu)(shu)方案相(xiang)對于現有(you)技(ji)術(shu)(shu)取得了以(yi)下技(ji)術(shu)(shu)效果：

16、2、本發明通過設(she)置陰(yin)極(ji)(ji)與斜面(mian)(mian)相(xiang)交的(de)(de)位(wei)置低于陽極(ji)(ji)與斜面(mian)(mian)相(xiang)交的(de)(de)位(wei)置，即設(she)置絕(jue)(jue)緣(yuan)(yuan)體的(de)(de)斜面(mian)(mian)為由水平面(mian)(mian)向內凹陷而(er)成(cheng)，這(zhe)樣設(she)置增(zeng)大(da)了(le)向外噴射的(de)(de)極(ji)(ji)間(jian)離子與絕(jue)(jue)緣(yuan)(yuan)體的(de)(de)斜面(mian)(mian)產(chan)生碰撞的(de)(de)幾率，而(er)碰撞在(zai)絕(jue)(jue)緣(yuan)(yuan)體表(biao)(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)金屬離子更容易失去能量變(bian)為金屬原子沉積(ji)在(zai)絕(jue)(jue)緣(yuan)(yuan)體表(biao)(biao)面(mian)(mian)從而(er)形成(cheng)新的(de)(de)導電涂層，所以隨著放電次(ci)數的(de)(de)累積(ji)，“吸附”在(zai)絕(jue)(jue)緣(yuan)(yuan)體表(biao)(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)金屬顆(ke)粒(li)逐漸(jian)增(zeng)多，這(zhe)能夠進一步降(jiang)低微陰(yin)極(ji)(ji)推力器的(de)(de)陽極(ji)(ji)與陰(yin)極(ji)(ji)之間(jian)的(de)(de)阻抗(kang)，從而(er)大(da)大(da)提高微陰(yin)極(ji)(ji)推力器的(de)(de)使(shi)用壽命和總沖(chong)量。

技術特征：

1.一(yi)種微陰(yin)(yin)極(ji)電(dian)弧推力器，其(qi)特征在于：包括陰(yin)(yin)極(ji)、絕緣(yuan)(yuan)體(ti)和陽(yang)極(ji)，所(suo)述(shu)(shu)絕緣(yuan)(yuan)體(ti)的(de)頂(ding)面(mian)中位于所(suo)述(shu)(shu)陰(yin)(yin)極(ji)和所(suo)述(shu)(shu)陽(yang)極(ji)之(zhi)間的(de)區域為斜(xie)(xie)面(mian)，所(suo)述(shu)(shu)陰(yin)(yin)極(ji)的(de)頂(ding)面(mian)和所(suo)述(shu)(shu)陽(yang)極(ji)的(de)頂(ding)面(mian)均不低于所(suo)述(shu)(shu)斜(xie)(xie)面(mian)的(de)最高點(dian)，且所(suo)述(shu)(shu)陰(yin)(yin)極(ji)與所(suo)述(shu)(shu)陽(yang)極(ji)的(de)連線中與水平方(fang)向平行的(de)線段短于斜(xie)(xie)面(mian)的(de)長度(du)。

2.根據權(quan)利(li)要求1所(suo)述的微(wei)陰極電弧推力器，其特征在(zai)于(yu)：所(suo)述陰極、所(suo)述絕緣體和所(suo)述陽極按照(zhao)由內到(dao)外的順(shun)序(xu)依次設置。

3.根據權(quan)利(li)要求(qiu)2所述的(de)微陰極(ji)電弧推力器，其(qi)特征在于：所述陰極(ji)與(yu)所述斜(xie)面(mian)相交(jiao)的(de)位置低(di)于所述陽(yang)極(ji)與(yu)所述斜(xie)面(mian)相交(jiao)的(de)位置。

4.根據權利要求(qiu)3所述的微(wei)陰極電弧(hu)推力器，其特(te)征(zheng)在于：所述斜面與水(shui)平方向的夾角(jiao)為15°至30°。

5.根據(ju)權利要求(qiu)4所(suo)(suo)述的微陰極電(dian)弧(hu)推力器，其(qi)特(te)征在于：所(suo)(suo)述絕緣體(ti)與(yu)所(suo)(suo)述陰極、所(suo)(suo)述絕緣體(ti)與(yu)所(suo)(suo)述陽極之間的接觸(chu)面均為平面。

6.根(gen)據權利要求5所(suo)述的微陰極電(dian)弧推力器，其特征在(zai)于(yu)：所(suo)述絕(jue)緣體為絕(jue)緣陶瓷。

7.根據(ju)權利要求1至6任意(yi)一項(xiang)所(suo)(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)(shu)的(de)(de)(de)微陰極(ji)電弧推力器，其特征在于(yu)：所(suo)(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)(shu)陽(yang)極(ji)的(de)(de)(de)外(wai)部設有(you)外(wai)殼(ke)，所(suo)(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)(shu)外(wai)殼(ke)的(de)(de)(de)內部設有(you)用于(yu)容納所(suo)(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)(shu)陽(yang)極(ji)的(de)(de)(de)第三通(tong)孔(kong)，所(suo)(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)(shu)陽(yang)極(ji)位于(yu)所(suo)(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)(shu)第三通(tong)孔(kong)內，且所(suo)(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)(shu)陽(yang)極(ji)的(de)(de)(de)頂(ding)面(mian)以及位于(yu)所(suo)(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)(shu)陽(yang)極(ji)內的(de)(de)(de)所(suo)(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)(shu)絕緣體(ti)和所(suo)(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)(shu)陰極(ji)的(de)(de)(de)頂(ding)面(mian)均不伸出(chu)所(suo)(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)(shu)第三通(tong)孔(kong)。

8.根據(ju)權利(li)要求7所(suo)(suo)述(shu)的微陰極電弧推力器，其(qi)特征在于(yu)：所(suo)(suo)述(shu)外殼的外部設(she)有用(yong)于(yu)加速等離子體的永磁鐵，高(gao)度方向上，所(suo)(suo)述(shu)永磁鐵至少全(quan)部覆蓋所(suo)(suo)述(shu)斜面。

9.根據(ju)權(quan)利要求8所述(shu)的微陰極(ji)電弧推力器，其(qi)特(te)征在于：所述(shu)外殼的底部設有(you)底座，所述(shu)底座與所述(shu)外殼可拆(chai)卸連接。

10.根據權(quan)利要求9所(suo)述的微陰極電弧推力器，其特征在于：所(suo)述底座通過(guo)螺(luo)栓和螺(luo)母與所(suo)述外殼(ke)相連接。

技術總結
本發明公開了一種微陰極電弧推力器，屬于微陰極電弧推力器技術領域，包括從內到外依次嵌套設置的陰極、絕緣體和陽極，絕緣體的頂面中位于陰極和陽極之間的區域為斜面，陰極的頂面和陽極的頂面均不低于斜面的最高點，從而使得本發明不僅有沿絕緣體表面的放電通道L1，還有放電通道L2，且沿放電通道L2的放電形式是氣體放電，且在氣體放電的形式下絕緣體表面的導電涂層幾乎不產生損耗；此外本發明還增大了極間離子與絕緣體的斜面產生碰撞的幾率，而碰撞在絕緣體表面的金屬離子更容易失去能量變為金屬原子沉積在絕緣體表面從而形成新的導電涂層，從而能夠降低微陰極推力器的陽極與陰極之間的阻抗，提高微陰極推力器的使用壽命和總沖量。

技術研發人員：魏立秋,紀添源,梁天策,嚴浩,于達仁
受保護的技術使用者：哈爾濱工業大學
技術研發日：
技術公布日：2024/10/14