霍尔推力器放电通道和气体分配器一体化结构的制作方法

本发明涉及霍尔推力器领域，具体地，涉及一种霍尔推力器放电通道和气体分配器一体化结构。

背景技术：

1、霍尔推力器为在轨广泛应用的电推进装置之一，根据其工作原理，保证工质充分电离是实现其高效率工作性能的重要条件之一。根据已有的研究成果，发现保证电离区的中性气体的原子数密度是实现霍尔推力器高电离性能的必要条件。

2、电推进高比冲的需求与充分电离之间的矛盾是高比冲霍尔推力器研究的核心问题之一。根据霍尔推力器电离平衡方程，影响工质电离速率的主要是电子密度，原子密度以及工质碰撞电离截面，而对于特定的某一种工质，其电离截面只与电子温度有关。高比冲霍尔推力器需求高电压工作环境，而高电压下电子温度饱和，对电离过程优化作用减弱，则需要提升原子数密度来进一步优化，但其受到推力器整体功率限制，高电压需要降低阳极流量来平衡功率，导致原子数密度降低，造成工质的充分电离与高比冲需求之间的严重矛盾。

3、同时，随着商业航天降成本的迫切需求，氪气工质以其低价格高储量的优势成为替代工质的最优选择之一，但是由于其较高的电离能、较小的电离碰撞截面积等物理特性，导致其电离性能较差，因此需要对其电离性能进行深度优化。

4、专利申请号为cn116201708a，名称为“一种霍尔推力器分布式供气结构及供气调节方法”。该专利主要设计了一种霍尔推力器供气结构，实现电离区的气体密度保持不变，保证霍尔推力器电离速率维持稳定，进而优化电离过程，完成霍尔推力器的宽流量变化范围内高效稳定放电，但是，该专利仍采用独立的气体分配器结构，结构复杂。

5、专利申请号为cn115822905a，名称为“阳极/气体分配器及包括其的霍尔推力器、空间设备”。该专利提出了一种霍尔推力器的阳极/气体分配器结构，提升出气有效面积和气体均匀性，并提升阳极抗溅射抗轰击能力，有效减缓了离子回流镀膜导致的出气不均匀的问题等，但是，其不涉及放电通道相关设计。

6、专利申请号为cn115559872a，名称为“一种用于提升射频离子推力器电离效率的气体分配器”。该专利主要是提供一种气体分配器结构，提高射频离子推力器的电离效率，但是，其不面向霍尔推力器应用。

7、专利申请号为cn111219307a，名称为“一种霍尔推力器阳极结构”。该专利主要是简化阳极气体分配器一体化结构的加工和安装过程，降低成本，均匀化推力器工质气体扩散，减少放电通道内的电子对一体化结构的溅射侵蚀，优化推力器电离和放电性能，主要是面向阳极与气体分配器一体化结构。

8、专利申请号为cn110469472a，名称为“一种电推力器气体分配器”。该专利主要是提供一种电推进气体分配器结构设计方案，可以控制气体流量的分配，以实现更均匀的气体分布，为电推力器提供均匀稳定的中性粒子环境，无法解决电离性能的问题。

9、基于以上背景，针对高比冲高电压下的霍尔推力器工质充分电离以及氪气工质充分电离问题，需要提供一种霍尔推力器放电通道和气体分配器一体化结构，将气体分配器与放电通道结构融合设计，从而实现推进工质反向旋流喷入放电通道电离区，达到提高电离区中性原子数密度，提升工质原子在电离区碰撞电离路径长度的目的，能够有效提高霍尔推力器电离性能。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种霍尔推力器放电通道和气体分配器一体化结构。

2、根据本发明提供的一种霍尔推力器放电通道和气体分配器一体化结构,包括：阳极、气体分配器以及霍尔推力器放电通道，所述阳极设置在所述霍尔推力器放电通道内部，所述气体分配器设置在所述霍尔推力器放电通道的壁面内，所述气体分配器包括依次连通的：供气管路、缓冲腔结构以及旋流孔，气体自所述旋流孔流向所述霍尔推力器放电通道内部的电离区前段。

3、优选地，所述霍尔推力器放电通道包括外壁面和内壁面，所述阳极设置在所述外壁面的内侧壁上，所述气体分配器设置在所述内壁面的内部；或者，所述阳极设置在所述内壁面的内侧壁上，所述气体分配器设置在所述外壁面的内部。

4、优选地，所述霍尔推力器放电通道包括外壁面和内壁面，所述外壁面和所述内壁面内部均设置有所述气体分配器，所述阳极平行设置在所述外壁面、所述内壁面二者之间。

5、优选地，所述霍尔推力器放电通道上沿其周向均匀设置有多个所述缓冲腔结构，任一所述缓冲腔结构均连通有所述供气管路和所述旋流孔。

6、优选地，任一所述缓冲腔结构均设置有一个所述供气管路，且所述供气管路设置在所述缓冲腔结构的中部位置。

7、优选地，任一所述缓冲腔结构均设置有多个所述旋流孔，且多个所述旋流孔均布在所述缓冲腔结构上。

8、优选地，所述旋流孔的出口形成有斜坡凹槽，所述旋流孔的中轴线与推力器轴向之间形成有夹角。

9、优选地，所述旋流孔的轴向位置正对所述阳极顶部。

10、优选地，所述气体分配器设置有二级缓冲腔，所述二级缓冲腔沿周向均匀设置在所述缓冲腔结构的上游，且所述二级缓冲腔与所述缓冲腔结构平行设置，所述供气管路包括与所述二级缓冲腔的进气口连通的第一供气管路、与所述二级缓冲腔的出气口连通的第二供气管路，所述第二供气管路的数量大于所述第一供气管路的数量。

11、优选地，所述霍尔推力器放电通道和气体分配器一体化结构采用d陶瓷打印技术一体成型。

12、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

13、1、本发明通过将气体分配器的供气管路和缓冲腔结构均融合设计到霍尔推力器放电通道中，简化了结构设计，减少了推力器部件；通过采用旋流供气方式，实现推进工质反向旋流喷入放电通道中工质电离区，并缩短放电通道轴向宽度，可实现提高电离区工质原子数密度，提升工质原子在电离区碰撞电离路径长度的目的，进而提升工质电离性能。

14、2、本发明通过设计周向旋流孔，且旋流孔的中轴线与推力器轴向之间形成有夹角，能够提高中性气体原子碰撞电离路径长度，提升中性气体工质在电离区的碰撞电离路径长度；通过旋流孔的出口设置有斜坡凹槽，能够防止旋流孔出来的气体直接被放电通道壁面阻挡形成反流，削弱旋流作用，同时利用光滑斜坡引导旋流外侧散射部分的工质气体返回电离区前段进行电离。

15、3、本发明通过在一级缓冲腔结构的基础上，沿轴向向放电通道底并排设计多级缓冲腔结构，能够有效增大气体均化效果；通过不同缓冲腔之间的供气管路在轴向上错开分布，且第二供气管路周向分布数量要远多于第一供气管路周向分布数量，用于保证上层供给管路中气体工质不会直接喷射进入下级供给管路，增加气体均化效果。

技术特征：

1.一种霍尔推力器放电通道和气体分配器一体化结构，其特征在于，包括：阳极(1)、气体分配器(2)以及霍尔推力器放电通道(3)，所述阳极(1)设置在所述霍尔推力器放电通道(3)内部，所述气体分配器(2)设置在所述霍尔推力器放电通道(3)的壁面内，所述气体分配器(2)包括依次连通的：供气管路(23)、缓冲腔结构(21)以及旋流孔(22)，气体自所述旋流孔(22)流向所述霍尔推力器放电通道(3)内部的电离区(4)前段。

2.如权利要求1所述的霍尔推力器放电通道和气体分配器一体化结构，其特征在于，所述霍尔推力器放电通道(3)包括外壁面(31)和内壁面(32)，所述阳极(1)设置在所述外壁面(31)的内侧壁上，所述气体分配器(2)设置在所述内壁面(32)的内部；

3.如权利要求1所述的霍尔推力器放电通道和气体分配器一体化结构，其特征在于，所述霍尔推力器放电通道(3)包括外壁面(31)和内壁面(32)，所述外壁面(31)和所述内壁面(32)内部均设置有所述气体分配器(2)，所述阳极(1)平行设置在所述外壁面(31)、所述内壁面(32)二者之间。

4.如权利要求1所述的霍尔推力器放电通道和气体分配器一体化结构，其特征在于，所述霍尔推力器放电通道(3)上沿其周向均匀设置有多个所述缓冲腔结构(21)，任一所述缓冲腔结构(21)均连通有所述供气管路(23)和所述旋流孔(22)。

5.如权利要求4所述的霍尔推力器放电通道和气体分配器一体化结构，其特征在于，任一所述缓冲腔结构(21)均设置有一个所述供气管路(23)，且所述供气管路(23)设置在所述缓冲腔结构(21)的中部位置。

6.如权利要求4所述的霍尔推力器放电通道和气体分配器一体化结构，其特征在于，任一所述缓冲腔结构(21)均设置有多个所述旋流孔(22)，且多个所述旋流孔(22)均布在所述缓冲腔结构(21)上。

7.如权利要求1所述的霍尔推力器放电通道和气体分配器一体化结构，其特征在于，所述旋流孔(22)的出口形成有斜坡凹槽，所述旋流孔(22)的中轴线与推力器轴向之间形成有夹角。

8.如权利要求1所述的霍尔推力器放电通道和气体分配器一体化结构，其特征在于，所述旋流孔(22)的轴向位置正对所述阳极(1)顶部。

9.如权利要求1所述的霍尔推力器放电通道和气体分配器一体化结构，其特征在于，所述气体分配器(2)设置有二级缓冲腔(24)，所述二级缓冲腔(24)沿周向均匀设置在所述缓冲腔结构(21)的上游，且所述二级缓冲腔(24)与所述缓冲腔结构(21)平行设置，所述供气管路(23)包括与所述二级缓冲腔(24)的进气口连通的第一供气管路(231)、与所述二级缓冲腔(24)的出气口连通的第二供气管路(232)，所述第二供气管路(232)的数量大于所述第一供气管路(231)的数量。

10.如权利要求1所述的霍尔推力器放电通道和气体分配器一体化结构，其特征在于，所述霍尔推力器放电通道和气体分配器一体化结构采用3d陶瓷打印技术一体成型。

技术总结本发明提供了一种霍尔推力器放电通道和气体分配器一体化结构，包括阳极、气体分配器以及霍尔推力器放电通道，阳极设置在霍尔推力器放电通道内部，气体分配器设置在霍尔推力器放电通道的壁面内，气体分配器包括依次连通的：供气管路、缓冲腔结构以及旋流孔，气体自旋流孔流向霍尔推力器放电通道内部的电离区前段。本发明通过将气体分配器的供气管路和缓冲腔结构均融合设计到霍尔推力器放电通道中，简化了结构设计，减少了推力器部件；通过采用旋流供气方式，实现推进工质反向旋流喷入放电通道中工质电离区，并缩短放电通道轴向宽度，可实现提高电离区工质原子数密度，提升工质原子在电离区碰撞电离路径长度的目的，进而提升工质电离性能。技术研发人员：夏国俊,赵林,李海洋,段晓闻,张晓,张嵬,徐亮受保护的技术使用者：上海卫星工程研究所技术研发日：技术公布日：2024/10/17