介质阻挡放电虚阴极电弧推进器的制作方法

本发明属于空间电推进技术领域，特别地，本发明具体涉及一种介质阻挡放电电弧推进器。

背景技术：

通常，电弧推进器由于其自身的放电原理，造成电弧阴极和阳极的烧蚀，其在轨工作的寿命一般难于超过2000h，极大限制了其应用范围。

电弧推进器阴阳极的热烧蚀问题主要是其放电原理所决定的，现有技术中的电弧推进器结构参照图1，介质阻挡放电虚阴极电弧推进器包括金属套1，密封件2，进气口3，具有尖端部分的阴极4以及在圆周上包围阴极4的尖端部分，并在尖端顶部附近形成喷口的阳极5；其中，金属套1的一端卡接在阳极5表面的突出部分，密封件2套接固定在金属套1的另一端内部，阴极4通过圆周上的密封件2与金属套1固定，阴极4尖端部分朝向阳极5的喷口开端部分；密封件2的圆周上设置有进气口3。通过高压尖端放电在放电通道产生等离子体，等离子体的良好导电性使阳极电压被等离子体引入到阴极附近的等离子体鞘层上，而鞘层的厚度一般在0.1mm级，使得鞘层与阴极间产生强电场，引发气体击穿而维持持续放电。

通常，电弧推进器在放电通道内形成柱状电流通道，连接阳极与阴极。等离子体电流柱与阴极和阳极的接触点具有搭接电阻，导致在阴阳极上的电流接触点形成热烧蚀。以上是电弧阴极斑和阳极斑形成的主要机制和热烧蚀的主要原因。

电弧放电是恒流放电过程，电弧柱的电流维持恒定，阴阳极上的搭接电阻随着热烧蚀电阻增大，在弧根部的热功率消耗随着温度升高而增大，导致搭接电阻呈现非线性增长，电弧的电功率逐渐都消耗在阴阳极结构的热耗散上，而电弧加热工质的电功率逐渐降低，从而导致电弧的中断工作。

一般电弧推进器在轨工作的寿命很难超过2000h，极大限制了其应用范围。

技术实现要素：

基于此，本发明的发明目的在于提供了一种介质阻挡放电虚阴极电弧推进器，可以避免推进器电极烧蚀问题，提高电弧推进器的实用性。

为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

介质阻挡放电虚阴极电弧推进器，包括金属套，密封件，进气口，阴极，具有喷口的阳极，其特征在于，所述阴极4为虚阴极，虚阴极为一段长度的金属圆柱体，虚阴极的一端烧结方式固定有玻璃介质。

进一步地，所述金属套与阳极一端卡接固定；

进一步地，所述金属套与密封件套接固定；

进一步地，所述密封件与虚阴极套接固定；

进一步地，所属密封件上设置有贯穿其前后的进气口；

进一步地，所述金属圆柱体的材质为钨金属，但不局限于钨金属，如钼金属、钨合金、钼合金等。

进一步地，所述介质的材质不局限于玻璃。

进一步地，所述玻璃介质烧结体的厚度为1-10mm，进一步为1-2mm。

本发明的优点在于：通过在圆柱体虚阴极顶端烧结固定玻璃介质，可以避免电弧推进器在工作过程中，对阴极和阳极的烧蚀作用，极大地延长推进器在轨寿命，提高电弧推进器的实用性。

附图说明

图1为现有技术中尖端放电电弧加热推进器结构示意图

图中：1-金属套；2-密封件；3-进气口；4-阴极；5-具有喷管的阳极。

图2为本发明的介质阻挡放电虚阴极电弧推进器结构示意图

图中：1-金属套；2-密封件；3-进气口；4-虚阴极；5-具有喷管的阳极；6-玻璃介质。

图3为本发明的介质阻挡放电虚阴极电弧推进器工作系统示意图。

图中：31-25kw等离子体电源；32-10kw射频电源；33-真空仓；34-质量流量计；35-工质存储气瓶；

具体实施方式

以下是本发明所述内容的具体实施方式，通过具体实施方式对本发明的所述内容作进一步的阐明。描述下列具体实施方式只为示例本发明的不同方面的内容，而不应理解为限制本发明范围。

本发明的主要思想是，采用对阴极没有烧蚀作用介质阻挡放电方式代替尖端放电，可以避免推进器电极烧蚀问题，提高电弧推进器的实用性。

参照图2所示，图2为本发明的一个实施例中介质阻挡放电虚阴极电弧推进器的剖面示意图，本实施例中的介质阻挡放电虚阴极电弧推进器包括金属套1，密封件2，进气口3，虚阴极4，具有喷口的阳极5和玻璃介质6；其中，金属套1的一端卡接在阳极5表面的突出部分，密封件2套接固定在金属套1的另一端，虚阴极4通过密封件3与金属套1固定，虚阴极4上带有玻璃介质6的一端朝向阳极喷口5；密封件2上设置有进气口3。

参照图3所示，为本发明的另一个实施例中介质阻挡放电虚阴极电弧推进器工作系统示意图，虚阴极电弧推进器正常工作需要工质存储气瓶35通过质量流量计34连接虚阴极电弧推进器上的进气孔，像推进器提供工质气体，10kw射频电源32用于激发介质阻挡放电等离子体，选用25kw等离子体电源31，作为推进器的工作电源；本实施例中所使用的真空仓3，直径3米，长6米，可达到10^-4pa量级的真空度。

尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，本领域的技术人员可以依据本发明的精神对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用在未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明保护范围之内。

技术特征：

1.介质阻挡放电虚阴极电弧推进器，包括金属套，密封件，进气口，阴极，具有喷口的阳极，其特征在于，所述阴极为虚阴极，虚阴极为一段长度的金属圆柱体，虚阴极的一端烧结方式固定有玻璃介质。

2.如权利要求1所述的介质阻挡放电虚阴极电弧推进器，其中，所述金属套与阳极一端卡接固定。

3.如权利要求1所述的介质阻挡放电虚阴极电弧推进器，其中，所述金属套与密封件套接固定。

4.如权利要求1所述的介质阻挡放电虚阴极电弧推进器，其中，所述密封件与虚阴极套接固定。

5.如权利要求1所述的介质阻挡放电虚阴极电弧推进器，其中，所属密封件上设置有贯穿其前后的进气口。

6.如权利要求1-5任一项所述的介质阻挡放电虚阴极电弧推进器，其中，所述金属圆柱体的材质为钨金属、钼金属、钨合金或钼合金。

7.如权利要求1-5任一项所述的介质阻挡放电虚阴极电弧推进器，其中，所述玻璃介质烧结体的厚度为1-10mm。

技术总结
本发明公开了一种介质阻挡放电虚阴极电弧推进器，包括金属套，密封件，进气口，阴极，具有喷口的阳极，阴极为虚阴极，虚阴极为一段长度的金属圆柱体，虚阴极的一端烧结方式固定有玻璃介质。本发明通过在圆柱体虚阴极顶端烧结固定玻璃介质，可以避免电弧推进器在工作过程中，对阴极和阳极的烧蚀作用，极大地延长推进器在轨寿命，提高电弧推进器的实用性。

技术研发人员：彭毓川;赵华;彭忠;丁亮;唐振宇;郑慧奇;任琼英;李涛;秦伟
受保护的技术使用者：北京卫星环境工程研究所
技术研发日：2020.06.30
技术公布日：2020.09.22