适用于空间应用的多放电通道的螺旋波等离子体推力器
阅读说明：本技术 适用于空间应用的多放电通道的螺旋波等离子体推力器 (Multi-discharge-channel helicon wave plasma thruster suitable for space application ) 是由 刘佳 余水淋 贾晴晴 金逸舟 杭观荣 田雷超 黄浩 于 2020-07-17 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种适用于空间应用的多放电通道的螺旋波等离子体推力器,包括：若干个耦合天线、若干个放电室、天线支架和磁路；每个耦合天线分别对应安装在一个放电室外侧,若干个耦合天线之间通过天线支架相连,耦合天线通过天线支架共用一套射频电源(含匹配网络)；放电室之间相互平行,且在同一圆周上轴向分布；耦合天线之间相互平行,且在同一圆周上轴向分布；所述磁路形成容置空间；耦合天线、放电室和天线支架安装在容置空间中,若干个耦合天线、若干个放电室构成阵列与容置空间轴线重合。本发明的螺旋波等离子体推力器功率在数千瓦特以下,输出推力在牛级以下,通过采用若干个小尺寸放电室和耦合天线实现较大功率、较大推力输出的目的。(The invention provides a helical wave plasma thruster with multiple discharge channels and suitable for space application, which comprises: the device comprises a plurality of coupling antennas, a plurality of discharge chambers, an antenna bracket and a magnetic circuit; each coupling antenna is correspondingly arranged outside one discharge chamber, a plurality of coupling antennas are connected through an antenna bracket, and the coupling antennas share a set of radio frequency power supply (including a matching network) through the antenna bracket; the discharge chambers are parallel to each other and axially distributed on the same circumference; the coupled antennas are parallel to each other and axially distributed on the same circumference; the magnetic circuit forms an accommodating space; the coupling antennas, the discharge chambers and the antenna supports are arranged in the accommodating space, and the plurality of coupling antennas and the plurality of discharge chambers form an array and coincide with the axis of the accommodating space. The power of the helicon wave plasma thruster is below several kilowatts, the output thrust is below the Newton level, and the purpose of outputting higher power and higher thrust is realized by adopting a plurality of small-size discharge chambers and coupling antennas.)
技术领域
本发明涉及空间电推进领域，具体地，涉及一种适用于空间应用的多放电通道的螺旋波等离子体推力器。
背景技术
螺旋波等离子体推力器具有结构简单、无电极、可靠性高等优势，已经成为空间电推进发展的热点方向之一。专利文献CN106014899A公开了一种螺旋波等离子体感应式推力器，包括放电腔，放电腔的外部依次设置第一磁体、第二磁体；放电腔的外壁沿轴向依次设置螺旋波放电天线、感应加速线圈；还包括：螺旋波放电电路，为螺旋波放电天线提供工作电源；脉冲感应放电电路，与感应加速线圈连接且为其提供脉冲放电电压以驱动螺旋波等离子体加速推出；时序控制电路，连接螺旋波放电电路及脉冲感应放电电路。
常规的螺旋波等离子体推力器采用单个耦合天线、单个放电室、单套磁路的主体设计，为实现较大功率、较大推力的设计目标，通常采用增加耦合天线和放电室尺寸的方法，这种设计主要面临两个问题：一是增加了放电室和耦合天线的加工难度；二是推力器推力并不随耦合天线、放电室尺寸增大而等比例增加。为解决上述问题，本发明提出一种多放电通道的螺旋波等离子体推力器，推力器功率在10W～1kW量级，输出推力在毫牛到百毫牛量级，通过采用若干个小尺寸放电室和耦合天线实现较大功率、较大推力输出的目的。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种适用于空间应用的多放电通道的螺旋波等离子体推力器。
根据本发明提供的一种适用于空间应用的多放电通道的螺旋波等离子体推力器，包括：若干个耦合天线100、若干个放电室200、天线支架300和磁路400；
每个耦合天线100分别对应安装在一个放电室200外侧，耦合天线100与放电室200轴线重合；
若干个耦合天线100之间通过天线支架300相连，天线支架300与射频电源(射频电源含匹配网络)相连，若干个耦合天线100通过天线支架300共用一套射频电源；
放电室200之间相互平行，且在同一圆周上轴向分布；
耦合天线100之间相互平行，且在同一圆周上径轴分布；
所述磁路400形成容置空间500；
耦合天线100、放电室200和天线支架300安装在容置空间500中，若干个耦合天线100、若干个放电室200构成的阵列与容置空间500轴线重合。
优选地，所述耦合天线100通过天线支架300共用一套射频电源。
优选地，所述耦合天线100正面共同构成正多边形。
优选地，所述放电室200正面共同构成正多边形。
优选地，所述耦合天线100正面共同构成的正多边形的边数L与放电室200共同构成正多边形的边数M相等，L＝M。
优选地，若干个耦合天线100和若干个放电室200共用一套磁路400。
优选地，所述磁路400围成的容置空间500呈中空的圆柱形。
优选地，耦合天线100和放电室200构成的阵列均与磁路400围成的容置空间500轴线重合。
优选地，耦合天线100绕设在放电室200的外壁上。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明采用若干个小尺寸放电室和耦合天线实现较大功率、较大推力的设计目的，相较于增加天线和放电室尺寸的方式加工难度小。
2、本发明通过若干耦合天线通过天线支架共用一套射频电源系统，降低推进系统的复杂程度。
3、本发明通过若干个相同设计的耦合天线、若干个相同设计的放电室，同时置于磁场相同的空间中，保证由耦合天线和放电室组成的单个推力器单元输出相等的推力，推力器输出推力为各个推力器单元输出推力之和。
4、本发明通过耦合天线、放电室同轴设计，耦合天线和放电室构成的阵列均与磁路围成的容置空间同轴设计，保证由耦合天线和放电室组成的单个推力器单元所处的磁场相同。
5、本发明通过若干个耦合天线和若干个放电室共用一套磁路，降低推力器的复杂程度，减轻推力器包络尺寸及质量。
6、本发明通过磁路围成的容置空间提供适合的磁场，保证由耦合天线和放电室组成的单个推力器单元正常工作。
7、本发明通过耦合天线绕设在对应的放电室外壁上，保证耦合天线较高的能量耦合效率。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的立体图；
图2为本发明2个耦合天线和放电室的螺旋波等离子体推力器结构示意图；
图3为本发明3个耦合天线和放电室正面构成正三角形的螺旋波等离子体推力器结构示意图；
图4为本发明4个耦合天线和放电室正面构成正四边形的螺旋波等离子体推力器结构示意图；
图5为本发明5个耦合天线和放电室正面构成正五边形的螺旋波等离子体推力器结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
具体实施方式一：如图1和图3所示，本发明提供的一种适用于空间应用的多放电通道的螺旋波等离子体推力器，螺旋波等离子体推力器主要由3个耦合天线100、3个放电室200、天线支架300、磁路400组成；耦合天线100安装在放电室200外侧，耦合天线100与放电室200同轴，3个耦合天线100通过天线支架300相连接，天线支架300与射频电源相连，3个耦合天线100通过天线支架300共用一套射频电源。
3个放电室200之间相互平行，且在同一圆周上轴向分布，构成正三角形；3个耦合天线100之间相互平行，且在同一圆周上轴向分布，构成正三角形；磁路400形成容置空间500；耦合天线100、放电室200、天线支架300安装在容置空间500中间，耦合天线100与放电室200构成的阵列与容置空间500轴线重合。这样做的目的为保证由耦合天线和放电室组成的单个推力器单元处于相同的磁场空间，单个推力器单元产生推力相同，推力器输出推力为各个单元输出推力之和。
3个耦合天线100和3个放电室200共用1套磁路400，耦合天线100和放电室200构成的阵列与容置空间500轴线重合。
具体实施方式二：如图2所示，本发明的一种多放电通道的螺旋波等离子体推力器，构成的螺旋波等离子体推力器采用2个耦合天线100、2个放电室200、天线支架300、磁路400组成；放电室200之间相互平行，且在同一圆周上轴向分布，构成一字形；耦合天线100之间相互平行，且在同一圆周上轴向分布，构成一字形；2个耦合天线100和2个放电室200共用1套磁路400，耦合天线100和放电室200构成的阵列与容置空间500轴线重合。
图4、图5分别给出了若干个耦合天线100和若干个放电室200正面构成正四边形、正五边形的螺旋波等离子体推力器典型设计。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。