技術領域：

本發明屬于電推進技術領域，涉及一種磁場可調的帶磁屏蔽效應的低功率霍爾推力器。

背景技術：
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電推進是一種將電能轉化為推進劑的動能，以獲得推力的先進推進方式，相對于傳統化學推進方式而言，電推進具有比沖高、控制精度高、壽命長等優點。經過六十年的發展，國際上千瓦級霍爾和離子電推進技術已經日趨成熟。

但是隨著國內航天任務需求的多樣化，小衛星的發展越來越受到重視，霍爾推力器的低功率化過程中暴露出越來越多的問題。隨著尺寸的減小，放電通道表面積與體積比減小，造成壁面損失增加，效率下降，壁面腐蝕增加；同時，通道厚度變薄使得壽命縮短；還有體積更加的緊湊帶來的熱載荷問題等等；

技術實現要素：
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為了解決上述問題，本發明提出一種磁場可調的帶磁屏蔽效應的低功率霍爾推力器。主要包括端面散熱芯、陶瓷墊片、內磁極、內磁屏、陶瓷放電通道、外磁極、微調磁線圈、不銹鋼外殼、外磁屏、散熱盤、散熱銅環以及固定螺釘。

本發明的技術方案如下：

出于低功耗的要求，本發明中所述的霍爾推力器選用永磁鐵(內磁極3和外磁極6)作為強磁場的主要來源。永磁鐵的使用大大降低了霍爾推力器的功耗，使推力器的功耗不高于100w；此外還附加了微調磁線圈7用來調節磁場構型，以適應不同的工況；

本發明將磁屏蔽理論引入低功率霍爾推力器的設計中，使用永磁鐵產生強磁場，利用雙磁屏構型(內磁屏4和外磁屏6)在放電通道內部形成磁屏蔽型磁場限制等離子體運動，減弱對壁面的腐蝕，增加壽命；

本發明還設計了推力器內部的導熱結構，主要包括端面散熱芯1、散熱盤10和散熱銅環15，人為控制推力器內部熱量的傳輸方向，避免因為熱負載過高影響永磁鐵的性能。

本發明的優點：

1)本發明使用永磁鐵作為磁場來源，大大降低了磁場對功率損耗的要求，將功率降到100w以內，在小衛星平臺上有很好的應用前景。

2)在低功率了霍爾通道內部引入磁屏蔽構型的磁場，利用磁屏蔽的等電子溫度和等熱化電勢的理論，降低等離子體對通道壁面的轟擊，降低壁面損失，同時延長推力器壽命；

3)增加磁線圈，可以根據工況的變化靈活調節通道內磁場形狀和大小，使推力器在不同的工況下均工作在最佳的磁場條件下；

4)圍繞放電通道設計散熱結構，使通道和陽極壁面上沉積的熱流繞過永磁鐵(內磁極3和外磁極6)，導向不銹鋼外殼8和散熱盤10，然后通過傳導和輻射導向艙體，保證永磁鐵的磁性不被破壞；

附圖說明

圖1為本發明所述的一種磁場可調的帶磁屏蔽效應的低功率霍爾推力器的裝配圖(沿推力器對稱軸剖視)。

圖2為有磁屏蔽效果(有內磁屏4)磁場構型圖(只顯示對稱軸一側磁場)；

圖3為無磁屏蔽效果(無內磁屏4)磁場構型圖(只顯示對稱軸一側磁場)；

圖中：

1.端面散熱芯2.陶瓷墊片3.內磁極

4.內磁屏5.陶瓷放電通道6.外磁極

7.微調磁線圈8.不銹鋼外殼9外磁屏

10.散熱盤11.絕緣陶瓷套管12.進氣管

13.固定螺釘14.線圈骨架15.分配器-下底

16.分配器-上底17.散熱銅環

注：其中絕緣陶瓷套管、進氣管、分配器-下底、分配器-上底以及分配器安裝方式不屬于本發明，該部件的結構特征在本人另一專利《一種電推進發動機氣體分配器》中進行了詳細的敘述，本發明只是使用了該零件。

具體實施方式

下面結合附圖1對本發明的具體實施方式進行說明。

具體實施方式一：本發明為一種磁場可調的帶磁屏蔽效應的低功率霍爾推力器，主要部件包括端面散熱芯1、陶瓷墊片2、內磁極3、內磁屏4、陶瓷放電通道5、外磁極6、微調磁線圈7、不銹鋼外殼8、外磁屏9、散熱盤10、絕緣陶瓷套管11、進氣管12、固定螺釘13、線圈骨架14、分配器-下底15、分配器-上底16、散熱銅環17。

將四個絕緣陶瓷套管11插入散熱銅盤10上的4mm直徑小孔。

以銅制散熱盤10為基準，先后將環形凹槽狀的外磁屏9、散熱銅環17和環形凹槽狀的內磁屏4套在散熱銅盤10的中心軸上邊，以散熱銅盤10平面為左限位，四個絕緣陶瓷套管11為周向限位。散熱銅環17在起到改善熱流傳遞效果的同時，對內磁屏4進行徑向限位，保證安裝過程的配合關系。內外磁屏由1j22材料制成，有良好的導磁性能，飽和磁感應強度高，且高溫下導磁性能優于其他導磁材料。

將耐高溫銅線均勻纏繞在銅制線圈骨架14上，將纏繞好的微調磁線圈7和線圈骨架14整體放入內磁屏4和外磁屏9之間的環裝空間。線圈骨架14側面留有穿線凹槽，微調磁線圈7引出線經過凹槽，通過外磁屏9和散熱銅盤10上留有的穿線孔引到推力器外，方便電路連接。

將smco材質的內磁極3放入由內磁屏4和散熱銅環17、外磁屏9以及散熱盤10形成的圓柱狀空間，散熱盤10中心軸的端面作為內磁極3的左限位，內磁屏4的壁面作為內磁極3的徑向定位。內磁極3的充磁方向為沿軸向向左，剩余磁感應強度為0.9t。

將smco材質的外磁極6外表面與外磁屏9的外表面對齊，外磁屏9的右端面作為外磁極6的左限位。外磁極6充磁方向為沿軸向向右，剩余磁感應強度為0.8t。

將陶瓷放電通道5放入內磁屏4形成的環形凹槽內，左端緊貼內磁屏4，放電通道上的2.5mm直徑小孔應與內磁屏陶瓷絕緣套管11同心作為周向限位。

將陶瓷墊片2套在端面散熱芯1上，端面散熱芯1中心軸上加工螺紋，與散熱盤10中心軸上的螺紋孔進行螺紋連接，端面散熱芯1壓緊陶瓷放電通道5的內壁進行軸向定位，同時通過陶瓷墊片2對內磁極進行軸向定位，螺紋連接保證壓緊力的同時減小了接觸熱阻，改善熱量傳遞。

將不銹鋼外殼8套在外磁極6和外磁屏9外表面，保證外磁極6的徑向定位，使用固定螺釘13提供壓緊力，壓緊陶瓷放電通道5外壁面，與端面散熱芯1共同對陶瓷放電通道5進行軸向定位。

最后將組裝好的分配器(包括進氣管12、分配器-下底15、分配器-上底16)放入陶瓷放電通道5(因為該部分不屬于本發明，所以具體組裝方式和固定方法次數不詳述)。

具體實施方式一形成的磁場如附圖2所示，磁感線沿著放電通道5壁面深入到陽極(分配器)16表面，形成磁屏蔽效果；

具體實施方式二：對比具體實施方式一，刪掉內磁屏4，其他結構形式與具體實施方式一相同，可以形成磁屏蔽效果較弱的低功率磁場可調霍爾推力器，進行對比試驗。形成的磁場如附圖3所示，磁感線主要為徑向分量，磁屏蔽效果較弱。

本發明點火步驟：

1)將本發明所述的推力器與空心陰極一同固定在實驗臺上，進行電路和氣路連接，在本發明中分配器(包括進氣管12、分配器-下底15、分配器-上底16)充當電推力器的陽極和氣體分配器；

2)空心陰極供電除氣激活；

3)分別對推力器和空心陰極供應氙氣，推力器陽極、空心陰極觸持極供電；

4)空心陰極加熱絲供電，進行點火；

5)推力器微調磁線圈7供電，調節磁場，尋找最佳工況。