一種用於離子推力器測量的阻滯能量分析儀的製作方法
2023-10-27 10:49:32
一種用於離子推力器測量的阻滯能量分析儀的製作方法
【專利摘要】本發明公開一種用於離子推力器測量的阻滯能量分析儀，屬於電推進等離子體測量領域，具體包括：外殼、陶瓷絕緣套筒、不同厚度的陶瓷墊片、高透過率柵網、銅墊片、收集器、聚四氟乙烯墊片，壓緊墊片和外殼座；陶瓷絕緣套筒卡在外殼內部，同時具有相同外徑的：不同厚度的陶瓷墊片、高透過率柵網、銅墊片、收集器、聚四氟乙烯墊片和壓緊墊片卡在陶瓷絕緣套筒內部，且採用間隙配合方式安裝；通過外殼座和螺釘壓緊固定整個儀器。在高透過率柵網之間採用多個不同厚度的陶瓷墊片，保證了準確設計間距和絕緣性。高透過率柵網的設計採用了均布的六邊形微孔，透過率高達73.6％，在保證離子穿過的情況下，擁有更好的電場均勻性和力學性能。
【專利說明】一種用於離子推力器測量的阻滯能量分析儀
【技術領域】
[0001] 本發明屬於電推進等離子體測量領域，具體是一種用於離子推力器測量的阻滯能 量分析儀。
【背景技術】
[0002] 電推進是一類利用電能直接加熱推進劑或利用電磁作用電離加速推進劑以獲得 推進動力的先進推進方式，具有較高的比衝、推力和效率，在大型太空飛行器的軌道控制、深空 探測和星際航行等空間任務中有廣闊的應用前景。
[0003] 離子推力器為靜電式電推力器的一種，目前已被廣泛應用於衛星以及深空探測器 的主推進系統。
[0004] 對離子推力器的羽流等離子體進行相關參數的測量對於提高優化發動機設計、 提高發動機性能具有重要意義。阻滯能量分析儀（RetardingPotentialAnalyzer)，簡 稱RPA，是測量等離子體能量分布的基本測試手段之一，屬於接觸式測量方法，擁有測量精 度高，篩選離子能力強等優勢，目前還沒有專門針對離子推力器羽流的羽流區設計的高能 RPA0
【發明內容】
[0005] 本發明針對離子推力器羽流區的高能離子能量範圍大，能量高，能量分布百分比 等參數無法測量的問題，提出了一種用於離子推力器測量的阻滯能量分析儀，測量離子推 力器羽流的離子能量分布。
[0006] 本發明所述的用於離子推力器羽流測量的阻滯能量分析儀，整體為凸型結構，包 括：外殼、陶瓷絕緣套筒、四組柵網組、收集器、聚四氟乙烯墊片，壓緊墊片和外殼座；
[0007] 外殼固定在外殼座上，外殼採用圓柱型套筒，套筒頂部端面開有通孔，作為等離子 體的入口；外殼底部開有2個通孔，用於固連外殼座；外殼座底部開有3個穿導線的穿線孔 和2個連接其他部件的螺母通孔。
[0008] 陶瓷絕緣套筒卡在外殼內部並且兩者同軸，陶瓷絕緣套筒採用內部中空的圓柱 形，外殼內徑孔與陶瓷絕緣套筒外徑相同且間隙配合，陶瓷絕緣套筒頂部端面開有通孔；陶 瓷絕緣套筒和外殼頂部端面的通孔同軸。
[0009] 卡在陶瓷絕緣套筒內部的是具有相同外徑的：四組柵網組、收集器、聚四氟乙烯墊 片和壓緊墊片，與陶瓷絕緣套筒都採用間隙配合方式安裝。
[0010] 四組柵網組卡在陶瓷絕緣套筒內部；其中第一組柵網組包括兩個陶瓷墊片與一個 高透過率柵網；第二組柵網組包括銅墊片，陶瓷墊片和高透過率柵網各一個，第三組柵網組 包括銅墊片和高透過率柵網各一個，第四組包括兩個陶瓷墊片和一個高透過率柵網；第一 組柵網組到第四組柵網組由頂部至底部依次設置，具體為：
[0011] 第一組柵網組內由頂部至底部順序為陶瓷墊片，高透過率柵網，陶瓷墊片，第二組 柵網組內由頂部至底部順序為銅墊片，高透過率柵網，陶瓷墊片；第三組柵網組內由頂部至 底部順序為高透過率柵網，銅墊片，第四組柵網組內由頂部至底部順序為陶瓷墊片，高透過 率柵網，陶瓷墊片；
[0012] 收集器同樣卡在陶瓷絕緣套筒內部，位於第四組柵網組底部，採用圓形片，距離圓 心外圍開有2個對稱通孔，用於穿過RPA內部的導線，銅墊片後壓在收集器底部，後面緊壓 聚四氟乙烯墊片和壓緊墊片；
[0013] 所述的四組柵網組中，陶瓷墊片與銅墊片均為具有中心孔的圓環結構，且採用不 同厚度；陶瓷墊片用於定位高透過率柵網之間的距離，同時起到絕緣作用；
[0014] 第二組柵網組中的銅墊片、高透過率柵網、陶瓷墊片，第一組柵網中的陶瓷墊片， 第三組柵網中的高透過率柵網、銅墊片，第四組柵網組中的陶瓷墊片、高透過率柵網、陶瓷 墊片，以及收集器與後壓在收集器底部的銅墊片、聚四氟乙烯墊片和壓緊墊片上，均開有同 軸的穿線孔A，形成穿線通道A;
[0015] 第三組柵網組中的銅墊片，第四組柵網組中的陶瓷墊片、高透過率柵網、陶瓷墊 片，以及收集器與後壓在收集器底部的銅墊片、聚四氟乙烯墊片和壓緊墊片上，均開有同軸 的穿線孔B，形成穿線通道B;所述穿線通道A與穿線通道B位置對稱；
[0016] 所述高透過率柵網為不鏽鋼材料的圓片，寬0. 05_，厚度為0. 1_，高透過率柵網 上開有2個關於圓心對稱的通孔；圓片中心直徑IOmm範圍內刻蝕出均勻分布的六邊形微孔 形成柵網，用於篩選不同能量的離子。六邊形微孔邊長為0. 175mm，任意兩個六邊形微孔之 間的間距為0. 05mm。
[0017] 網孔設計具體計算如下：
【權利要求】
1. 一種用於離子推力器測量的阻滯能量分析儀，其特徵在於：整體為凸型結構，包括： 外殼、陶瓷絕緣套筒、四組柵網組、收集器和外殼座； 外殼固定在外殼座上，外殼頂部端面開有通孔；外殼座底部開有3個穿導線的穿線孔； 陶瓷絕緣套筒卡在外殼內部，頂部端面開有通孔；陶瓷絕緣套筒和外殼頂部端面的通孔同 軸； 四組柵網組卡在陶瓷絕緣套筒內部；其中第一組柵網組包括兩個陶瓷墊片與一個高透 過率柵網；第二組柵網組包括銅墊片，陶瓷墊片和高透過率柵網各一個，第三組柵網組包括 銅墊片和高透過率柵網各一個，第四組包括兩個陶瓷墊片和一個高透過率柵網；第一組柵 網組到第四組柵網組由頂部至底部依次設置，具體為： 第一組柵網組內由頂部至底部順序為陶瓷墊片，高透過率柵網，陶瓷墊片，第二組柵網 組內由頂部至底部順序為銅墊片，高透過率柵網，陶瓷墊片；第三組柵網組內由頂部至底部 順序為高透過率柵網，銅墊片，第四組柵網組內由頂部至底部順序為陶瓷墊片，高透過率柵 網，陶瓷墊片； 所述的收集器同樣卡在陶瓷絕緣套筒內部，位於第四組柵網組底部，銅墊片後壓在收 集器底部； 所述的四組柵網組中，陶瓷墊片與銅墊片均為具有中心孔的圓環結構，且採用不同厚 度；陶瓷墊片用於定位高透過率柵網之間的距離，同時起到絕緣作用； 第二組柵網組中的銅墊片、高透過率柵網、陶瓷墊片，第三組柵網中的高透過率柵網、 銅墊片，第四組柵網組中的陶瓷墊片、高透過率柵網、陶瓷墊片，以及收集器與後壓在收集 器底部的銅墊片上，開有同軸的穿線孔A，形成穿線通道A; 第三組柵網組中的銅墊片，第四組柵網組中的陶瓷墊片、高透過率柵網、陶瓷墊片，以 及收集器與後壓在收集器底部的銅墊片上，還開有同軸的穿線孔B，形成穿線通道B;所述 穿線通道A與穿線通道B位置對稱； 所述高透過率柵網上沿圓心周圍刻蝕出均勻分布的六邊形微孔形成柵網，用於篩選不 同能量的離子。
2. 根據權利要求1所述的一種用於離子推力器測量的阻滯能量分析儀，其特徵在於： 所述的阻滯能量分析儀還包括聚四氟乙烯墊片和壓緊墊片；聚四氟乙烯墊片位於收集器底 部的銅墊片底部，壓緊墊片位於聚四氟乙烯墊片底部，均開有2個對稱通孔，分別連通穿線 通道A和穿線通道B，用於穿過內部的導線。
3. 根據權利要求1所述的一種用於離子推力器測量的阻滯能量分析儀，其特徵在於： 所述的四組柵網組與與陶瓷絕緣套筒內徑採用間隙配合方式安裝。
4. 根據權利要求1所述的一種用於離子推力器測量的阻滯能量分析儀，其特徵在於： 所述的導線具體穿線過程為： 第一條導線一端穿過穿線通道A與第二組柵網組中的銅墊片相連，另一端依次穿過第 二組柵網組中的高透過率柵網，陶瓷墊片，第三組柵網中的高透過率柵網，銅墊片，第四組 柵網中陶瓷墊片，高透過率柵網，陶瓷墊片；收集器，銅墊片，穿過外殼座上的通孔，通過接 線柱連接-30V的偏置電壓； 第二條導線一端穿過穿線通道B與第三組柵網中的銅墊片相連，另一端依次穿過第四 組柵網組中的陶瓷墊片，高透過率柵網，陶瓷墊片；收集器，銅墊片上的通孔，穿過外殼座上 的通孔，通過接線柱連接o-l100V偏置電壓； 第三條導線一端焊接在收集器後壓的銅墊片上，穿過外殼座上的通孔，通過接線柱連 接皮安表，用於測量收集器上的電流。
5. 根據權利要求1所述的一種用於離子推力器測量的阻滯能量分析儀，其特徵在於： 所述的高透過率柵網上的六邊形微孔設計如下：
ts為鞘層厚度，Xd為德拜長度，V為偏置電壓，k為波爾茨曼常數，為電子溫度，為 電子數密度。
6. 應用如權利要求1所述的一種用於離子推力器測量的阻滯能量分析儀的工作方法， 其特徵在於：具體過程如下： 離子推力器羽流經過外殼和陶瓷絕緣套筒的入口，進入陶瓷絕緣套筒，經過第一組高 透過率柵網採用的懸浮電位，不加電壓，絕大多數電子和離子透過，減少等離子體的擾動； 第二組高透過率柵網加-30V偏置電壓，排斥羽流中的電子，只剩離子；第三組高透過率柵 網加0-1100V偏置電壓，有選擇的排斥一些離子，篩選不同能量的離子；第四組高透過率柵 網採用懸浮電壓，防止收集器上二次電子和光電子的發射；最後達到收集器上； 收集器上的電流為：
由此得到離子發動機羽流的離子能量分布關係。
【文檔編號】G01M15/00GK104483132SQ201410532459
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年10月10日 優先權日:2014年10月10日
【發明者】湯海濱, 章喆, 張尊 申請人:北京航空航天大學