基于辉光放电阴极的微型直流离子推力器.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN116006429A(43)申请公布日2023.04.25(21)申请号202310242306.7(22)申请日2023.03.14(71)申请人哈尔滨工业大学地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号(72)发明人宁中喜韩傲孟天航刘晨光王福锋(74)专利代理机构哈尔滨华夏松花江知识产权代理有限公司23213专利代理师张利明(51)Int.Cl.F03H1/00(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图4页(54)发明名称基于辉光放电阴极的微型直流离子推力器(57)摘要基于辉光放电阴极的微型直流离子推力器，属于微型直流离子推力器领域，本发明为解决现有直流离子推力器中传统空心阴极结构复杂难以小型化、工作温度高，钨丝阴极使用寿命短等问题。本发明包括辉光阴极组件、阳极组件、栅极组件、永磁体组件、安装底座和外壳；安装底座设置于外壳的底部开口端，外壳内部由外至内依次套设永磁体组件、阳极组件和辉光阴极组件，栅极组件设置于阳极组件的下游；辉光阴极组件设置在安装底座上并从其中心孔伸出，辉光阴极组件将工质气体初步电离，电子被阳极组件吸收，辉光阴极组件未电离的中性气体在放电室进一步电离，放电室中的离子被离子光学系统加速喷出。CN116006429ACN116006429A权利要求书1/2页1.基于辉光放电阴极的微型直流离子推力器，其特征在于，包括辉光阴极组件、阳极组件、栅极组件、永磁体组件、安装底座(13)和外壳(16)；安装底座(13)设置于外壳(16)的底部开口端，外壳(16)内部由外至内依次套设永磁体组件、阳极组件和辉光阴极组件，栅极组件设置于阳极组件的下游；辉光阴极组件设置在安装底座(13)上并从其中心孔伸出，辉光阴极组件将工质气体初步电离，电子被阳极组件吸收，辉光阴极组件未电离的中性气体在放电室进一步电离，放电室中的离子被离子光学系统加速喷出；所述辉光阴极组件包括供气管(1)、绝缘帽(2)、负极绝缘子(3)、负极(4)、触持极绝缘子(5)和触持极(6)；供气管(1)位于绝缘帽(2)和负极绝缘子(3)之间，并通过绝缘帽(2)内螺纹和负极绝缘子(3)外螺纹配合压紧；辉光阴极的负极(4)底部设置有进气孔(4‑1)，用于连通供气管(1)和阴极腔室；触持极(6)顶端设置有节流孔(6‑1)，用于气体节流以维持阴极腔室的较高气压；负极(4)与供气管(1)之间由负极绝缘子(3)保证二者绝缘；触持极(6)与负极(4)之间由触持极绝缘子(5)保证二者绝缘。2.根据权利要求1所述基于辉光放电阴极的微型直流离子推力器，其特征在于，触持极(6)为圆筒状结构，触持极(6)设置有节流孔(6‑1)，使得辉光阴极放电腔室内形成较高气压；所述节流孔(6‑1)的设置方式为：方式一、触持极(6)的筒顶设置一单孔；方式二、触持极(6)的筒顶设置多个小孔，小孔孔径小于方式一单孔的孔径；方式三、触持极(6)的筒顶设置一小孔，用于引出电子及少部分的中性气体；触持极(6)的筒壁设置一圈小孔，用于引出大部分中性气体，使其与壁外阳极附近的电子碰撞。3.根据权利要求2所述基于辉光放电阴极的微型直流离子推力器，其特征在于，还包括挡板(10)，所述挡板(10)设置于阴极节流孔(6‑1)下游，挡板(10)固定在触持极(6)上，用于均化辉光阴极未电离的中性气体。4.根据权利要求3所述基于辉光放电阴极的微型直流离子推力器，其特征在于，所述阳极组件包括阳极绝缘子(7)和阳极(8)；阳极(8)为圆筒状，阳极(8)套设于触持极(6)筒外，阳极(8)内部形成推力器放电室；阳极(8)底部内翻沿设置于触持极(6)筒底外翻沿上，且二者之间通过阳极绝缘子(7)绝缘，阳极绝缘子(7)为圆筒状，阳极(8)和阳极绝缘子(7)同轴，所述阳极(8)、触持极(6)和负极(4)共同固定在安装底座(13)上。5.根据权利要求4所述基于辉光放电阴极的微型直流离子推力器，其特征在于，永磁体组件包括永磁体支撑架(14)和永磁体(15)，永磁体(15)为环形，永磁体(15)套设于阳极(8)外部，永磁体(15)底端面安装在永磁体支撑架(14)上，永磁体支撑架(14)固定在安装底座(13)上，永磁体支撑架(14)与外壳(16)同轴，二者之间存在空隙。6.根据权利要求5所述基于辉光放电阴极的微型直流离子推力器，其特征在于，栅极组件包括屏栅(11)、加速栅(12)和栅极绝缘子9；阳极绝缘子(7)的圆筒顶端为法兰结构，屏栅(11)和加速栅(12)固定在该法兰上，并通过栅极绝缘子9进行电绝缘和定位。7.根据权利要求5所述基于辉光放电阴极的微型直流离子推力器，其特征在于，辉光阴2CN116006429A权利要求书2/2页极组件由两个负极螺栓和一个触持极螺栓固定在安装底座(13