阅读说明：本技术 一种同轴稳态烧蚀固体推进剂脉冲等离子体推力器 (Coaxial steady state ablation solid propellant pulse plasma thruster ) 是由 孙国瑞 呼文韬 张丹红 李钏 于智航 丁大龙 于 2021-07-21 设计创作，主要内容包括：一种同轴稳态烧蚀固体推进剂脉冲等离子体推力器,包括：电磁铁环、绝缘层、中心电极、绝缘介质层、点火电极、推进剂、外电极、恒力弹簧、点火电源、主放电电源、主放电电容器和电磁铁环电源。本发明提供的一种同轴稳态烧蚀固体推进剂脉冲等离子体推力器的有益效果如下：(1)通过电磁铁环的电磁场使等离子体在推进剂表面呈螺旋态行进,可有效降低径向电流密度差异性,提升推力器的推进性能一致性和工作可靠性；(2)外电极和内电极均为带锯齿状或三角状齿牙电极,根据尖端放电原理,可有效降低启动所需条件,增强了推力器的可应用性。(A coaxial steady state ablative solid propellant pulsed plasma thruster, comprising: the ignition device comprises an electromagnet ring, an insulating layer, a central electrode, an insulating medium layer, an ignition electrode, a propellant, an outer electrode, a constant force spring, an ignition power supply, a main discharge capacitor and an electromagnet ring power supply. The coaxial steady-state ablation solid propellant pulse plasma thruster provided by the invention has the following beneficial effects: (1) plasma advances spirally on the surface of the propellant through an electromagnetic field of the electromagnet ring, so that the difference of radial current density can be effectively reduced, and the propulsion performance consistency and the working reliability of the thruster are improved; (2) the outer electrode and the inner electrode are both provided with sawtooth-shaped or triangular tooth electrodes, the conditions required by starting can be effectively reduced according to the tip discharge principle, and the applicability of the thruster is enhanced.)

一种同轴稳态烧蚀固体推进剂脉冲等离子体推力器

技术领域

本发明属于微小卫星推进技术领域，具体涉及一种同轴稳态烧蚀固体推进剂脉冲等离子体推力器。

背景技术

同轴式固体推进剂脉冲等离子体推力器是一种无活动部件、比冲较高的电推力器，在以立方星为代表的微小卫星上具有广泛的应用价值。由于推力器工作过程中的径向电流密度和场强梯度不一致，导致固体推进剂烧蚀面的径向烧蚀速率不一致，在工作次数超过一定值后，表现出推进剂中心处烧蚀速率快、外径处烧蚀速率慢的现象，进而导致推力器的推进性能一致性差和点火启动可靠性差，极大限制了同轴式固体推进剂脉冲等离子体推力器的应用性。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种同轴稳态烧蚀固体推进剂脉冲等离子体推力器，包括：电磁铁环、绝缘层、中心电极、绝缘介质层、点火电极、推进剂、外电极、恒力弹簧、点火电源、主放电电源、主放电电容器和电磁铁环电源，其中，所述电磁铁环、所述绝缘层、所述外电极、所述推进剂、所述中心电极、所述绝缘介质层和所述点火电极由外至内同轴向设置，所述外电极分别与所述主放电电容器的第一端和所述主放电电源的正极连接，所述中心电极分别与所述主放电电容器的第二端和所述主放电电源的负极连接，所述中心电极连接所述点火电源的正极，所述点火电极连接所述点火电源的负极，所述电磁铁环的两端分别与所述电磁铁环电源正负极相连接，所述恒力弹簧的第一端连接所述推进剂而第二端连接所述外电极。

优选地，所述电磁铁环的电磁场方向与所述外电极的截面垂直。

优选地，所述电磁铁环的磁场强度范围为0.5T-3.0T。

优选地，所述绝缘层的厚度范围为5-20mm，材质为PTFE或聚酰亚胺。

优选地，所述外电极为带锯齿状齿牙或三角状齿牙的圆环。

优选地，所述外电极材质为铜或铝。

优选地，所述中心电极为头部带锯齿状齿牙或三角状齿牙的圆柱

优选地，所述中心电极材质为铜或铝。

优选地，所述点火电极为细长丝状，材质为铜、钨或碳纳米管。

优选地，所述推进剂为圆环状，材质为PTFE、ETFE或固体硫。

本发明提供的一种同轴稳态烧蚀固体推进剂脉冲等离子体推力器的有益效果如下：

(1)通过电磁铁环的电磁场使等离子体在推进剂表面呈螺旋态行进，可有效降低径向电流密度差异性，提升推力器的推进性能一致性和工作可靠性。

(2)外电极和内电极均为带锯齿状或三角状齿牙电极，根据尖端放电原理，可有效降低启动所需条件，增强了推力器的可应用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种同轴稳态烧蚀固体推进剂脉冲等离子体推力器的原理示意图；

图2为本发明提供的一种同轴稳态烧蚀固体推进剂脉冲等离子体推力器的主体结构示意图；

图3为本发明提供的一种同轴稳态烧蚀固体推进剂脉冲等离子体推力器外电极结构示意图；

图4为本发明提供的一种同轴稳态烧蚀固体推进剂脉冲等离子体推力器中心电极结构示意图；

符号说明：1-电磁铁环，2-绝缘层，31-中心电极，32-绝缘介质层，33-点火电极，4-推进剂，5-外电极，6-恒力弹簧，7-点火电源，8-主放电电源，9-主放电电容器，10-电磁铁环电源。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

如图1-4，在本申请实施例中，本发明提供了一种同轴稳态烧蚀固体推进剂脉冲等离子体推力器，包括：电磁铁环1、绝缘层2、中心电极31、绝缘介质层32、点火电极33、推进剂4、外电极5、恒力弹簧6、点火电源7、主放电电源8、主放电电容器9和电磁铁环电源10，其中，所述电磁铁环1、所述绝缘层2、所述外电极5、所述推进剂4、所述中心电极31、所述绝缘介质层32和所述点火电极33由外至内同轴向设置，所述外电极5分别与所述主放电电容器9的第一端和所述主放电电源8的正极连接，所述中心电极31分别与所述主放电电容器9的第二端和所述主放电电源8的负极连接，所述中心电极31连接所述点火电源7的正极，所述点火电极33连接所述点火电源7的负极，所述电磁铁环1的两端分别与所述电磁铁环电源10正负极相连接，所述恒力弹簧6的第一端连接所述推进剂4而第二端连接所述外电极5。

当本发明提供了同轴稳态烧蚀固体推进剂脉冲等离子体推力器工作时，点火电源7启动信号后，点火电极33加载电压至一定幅值后，点火电极33产生少量激发电子。激发电子在高电压沿面闪络机制下，向中心电极31外产生少量的等离子体，完成推力器的点火启动过程。在外电极5与中心电极31的高压驱动下，点火启动产生的少量等离子体在推进剂4表面呈螺旋状雪崩效应，在推进剂4表面形成电弧放电。电弧放电辐射出的热能烧蚀推进剂4产生少量的中性气体。在高电压的作用下，中性气体被电离成带电粒子并被自感应产生的电磁场加速喷出。

在本申请实施例中，所述电磁铁环1的电磁场方向与所述外电极5的截面垂直。

在本申请实施例中，所述电磁铁环1的磁场强度范围为0.5T-3.0T。

在本申请实施例中，所述绝缘层2的厚度范围为5-20mm，材质为PTFE或聚酰亚胺。

在本申请实施例中，所述外电极5为带锯齿状齿牙或三角状齿牙的圆环。

在本申请实施例中，所述外电极5材质为铜或铝。

在本申请实施例中，所述中心电极31为头部带锯齿状齿牙或三角状齿牙的圆柱。

在本申请实施例中，所述中心电极31材质为铜或铝。

在本申请实施例中，所述点火电极33为细长丝状，材质为铜、钨或碳纳米管。

在本申请实施例中，所述推进剂4为圆环状，材质为PTFE、ETFE或固体硫。

本发明提供的一种同轴稳态烧蚀固体推进剂脉冲等离子体推力器的有益效果如下：

(1)通过电磁铁环的电磁场使等离子体在推进剂表面呈螺旋态行进，可有效降低径向电流密度差异性，提升推力器的推进性能一致性和工作可靠性；

(2)外电极和内电极均为带锯齿状或三角状齿牙电极，根据尖端放电原理，可有效降低启动所需条件，增强了推力器的可应用性。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。