一種用于離子推力器測量的阻滯能量分析儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種用于離子推力器測量的阻滯能量分析儀，屬于電推進(jìn)等離子體測量領(lǐng)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(wǎng)、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(nèi)部，同時(shí)具有相同外徑的：不同厚度的陶瓷墊片、高透過率柵網(wǎng)、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(nèi)部，且采用間隙配合方式安裝；通過外殼座和螺釘壓緊固定整個(gè)儀器。在高透過率柵網(wǎng)之間采用多個(gè)不同厚度的陶瓷墊片，保證了準(zhǔn)確設(shè)計(jì)間距和絕緣性。高透過率柵網(wǎng)的設(shè)計(jì)采用了均布的六邊形微孔，透過率高達(dá)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(xué)性能。
【專利說明】一種用于離子推力器測量的阻滯能量分析儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電推進(jìn)等離子體測量領(lǐng)域，具體是一種用于離子推力器測量的阻滯能 量分析儀。

【背景技術(shù)】
[0002] 電推進(jìn)是一類利用電能直接加熱推進(jìn)劑或利用電磁作用電離加速推進(jìn)劑以獲得 推進(jìn)動(dòng)力的先進(jìn)推進(jìn)方式，具有較高的比沖、推力和效率，在大型航天器的軌道控制、深空 探測和星際航行等空間任務(wù)中有廣闊的應(yīng)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(yīng)用于衛(wèi)星以及深空探測器 的主推進(jìn)系統(tǒng)。
[0004] 對(duì)離子推力器的羽流等離子體進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的測量對(duì)于提高優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)、 提高發(fā)動(dòng)機(jī)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，屬于接觸式測量方法，擁有測量精 度高，篩選離子能力強(qiáng)等優(yōu)勢，目前還沒有專門針對(duì)離子推力器羽流的羽流區(qū)設(shè)計(jì)的高能 RPA0


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對(duì)離子推力器羽流區(qū)的高能離子能量范圍大，能量高，能量分布百分比 等參數(shù)無法測量的問題，提出了一種用于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(fā)明所述的用于離子推力器羽流測量的阻滯能量分析儀，整體為凸型結(jié)構(gòu)，包 括：外殼、陶瓷絕緣套筒、四組柵網(wǎng)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，外殼采用圓柱型套筒，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(gè)通孔，用于固連外殼座；外殼座底部開有3個(gè)穿導(dǎo)線的穿線孔 和2個(gè)連接其他部件的螺母通孔。
[0008] 陶瓷絕緣套筒卡在外殼內(nèi)部并且兩者同軸，陶瓷絕緣套筒采用內(nèi)部中空的圓柱 形，外殼內(nèi)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(nèi)部的是具有相同外徑的：四組柵網(wǎng)組、收集器、聚四氟乙烯墊 片和壓緊墊片，與陶瓷絕緣套筒都采用間隙配合方式安裝。
[0010] 四組柵網(wǎng)組卡在陶瓷絕緣套筒內(nèi)部；其中第一組柵網(wǎng)組包括兩個(gè)陶瓷墊片與一個(gè) 高透過率柵網(wǎng)；第二組柵網(wǎng)組包括銅墊片，陶瓷墊片和高透過率柵網(wǎng)各一個(gè)，第三組柵網(wǎng)組 包括銅墊片和高透過率柵網(wǎng)各一個(gè)，第四組包括兩個(gè)陶瓷墊片和一個(gè)高透過率柵網(wǎng)；第一 組柵網(wǎng)組到第四組柵網(wǎng)組由頂部至底部依次設(shè)置，具體為：
[0011] 第一組柵網(wǎng)組內(nèi)由頂部至底部順序?yàn)樘沾蓧|片，高透過率柵網(wǎng)，陶瓷墊片，第二組 柵網(wǎng)組內(nèi)由頂部至底部順序?yàn)殂~墊片，高透過率柵網(wǎng)，陶瓷墊片；第三組柵網(wǎng)組內(nèi)由頂部至 底部順序?yàn)楦咄高^率柵網(wǎng)，銅墊片，第四組柵網(wǎng)組內(nèi)由頂部至底部順序?yàn)樘沾蓧|片，高透過 率柵網(wǎng)，陶瓷墊片；
[0012] 收集器同樣卡在陶瓷絕緣套筒內(nèi)部，位于第四組柵網(wǎng)組底部，采用圓形片，距離圓 心外圍開有2個(gè)對(duì)稱通孔，用于穿過RPA內(nèi)部的導(dǎo)線，銅墊片后壓在收集器底部，后面緊壓 聚四氟乙烯墊片和壓緊墊片；
[0013] 所述的四組柵網(wǎng)組中，陶瓷墊片與銅墊片均為具有中心孔的圓環(huán)結(jié)構(gòu)，且采用不 同厚度；陶瓷墊片用于定位高透過率柵網(wǎng)之間的距離，同時(shí)起到絕緣作用；
[0014] 第二組柵網(wǎng)組中的銅墊片、高透過率柵網(wǎng)、陶瓷墊片，第一組柵網(wǎng)中的陶瓷墊片， 第三組柵網(wǎng)中的高透過率柵網(wǎng)、銅墊片，第四組柵網(wǎng)組中的陶瓷墊片、高透過率柵網(wǎng)、陶瓷 墊片，以及收集器與后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(wǎng)組中的銅墊片，第四組柵網(wǎng)組中的陶瓷墊片、高透過率柵網(wǎng)、陶瓷墊 片，以及收集器與后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(duì)稱；
[0016] 所述高透過率柵網(wǎng)為不銹鋼材料的圓片，寬0. 05_，厚度為0. 1_，高透過率柵網(wǎng) 上開有2個(gè)關(guān)于圓心對(duì)稱的通孔；圓片中心直徑IOmm范圍內(nèi)刻蝕出均勻分布的六邊形微孔 形成柵網(wǎng)，用于篩選不同能量的離子。六邊形微孔邊長為0. 175mm，任意兩個(gè)六邊形微孔之 間的間距為0. 05mm。
[0017] 網(wǎng)孔設(shè)計(jì)具體計(jì)算如下：

【權(quán)利要求】
1. 一種用于離子推力器測量的阻滯能量分析儀，其特征在于：整體為凸型結(jié)構(gòu)，包括： 外殼、陶瓷絕緣套筒、四組柵網(wǎng)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(gè)穿導(dǎo)線的穿線孔； 陶瓷絕緣套筒卡在外殼內(nèi)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(wǎng)組卡在陶瓷絕緣套筒內(nèi)部；其中第一組柵網(wǎng)組包括兩個(gè)陶瓷墊片與一個(gè)高透 過率柵網(wǎng)；第二組柵網(wǎng)組包括銅墊片，陶瓷墊片和高透過率柵網(wǎng)各一個(gè)，第三組柵網(wǎng)組包括 銅墊片和高透過率柵網(wǎng)各一個(gè)，第四組包括兩個(gè)陶瓷墊片和一個(gè)高透過率柵網(wǎng)；第一組柵 網(wǎng)組到第四組柵網(wǎng)組由頂部至底部依次設(shè)置，具體為： 第一組柵網(wǎng)組內(nèi)由頂部至底部順序?yàn)樘沾蓧|片，高透過率柵網(wǎng)，陶瓷墊片，第二組柵網(wǎng) 組內(nèi)由頂部至底部順序?yàn)殂~墊片，高透過率柵網(wǎng)，陶瓷墊片；第三組柵網(wǎng)組內(nèi)由頂部至底部 順序?yàn)楦咄高^率柵網(wǎng)，銅墊片，第四組柵網(wǎng)組內(nèi)由頂部至底部順序?yàn)樘沾蓧|片，高透過率柵 網(wǎng)，陶瓷墊片； 所述的收集器同樣卡在陶瓷絕緣套筒內(nèi)部，位于第四組柵網(wǎng)組底部，銅墊片后壓在收 集器底部； 所述的四組柵網(wǎng)組中，陶瓷墊片與銅墊片均為具有中心孔的圓環(huán)結(jié)構(gòu)，且采用不同厚 度；陶瓷墊片用于定位高透過率柵網(wǎng)之間的距離，同時(shí)起到絕緣作用； 第二組柵網(wǎng)組中的銅墊片、高透過率柵網(wǎng)、陶瓷墊片，第三組柵網(wǎng)中的高透過率柵網(wǎng)、 銅墊片，第四組柵網(wǎng)組中的陶瓷墊片、高透過率柵網(wǎng)、陶瓷墊片，以及收集器與后壓在收集 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(wǎng)組中的銅墊片，第四組柵網(wǎng)組中的陶瓷墊片、高透過率柵網(wǎng)、陶瓷墊片，以 及收集器與后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(duì)稱； 所述高透過率柵網(wǎng)上沿圓心周圍刻蝕出均勻分布的六邊形微孔形成柵網(wǎng)，用于篩選不 同能量的離子。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于離子推力器測量的阻滯能量分析儀，其特征在于： 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；聚四氟乙烯墊片位于收集器底 部的銅墊片底部，壓緊墊片位于聚四氟乙烯墊片底部，均開有2個(gè)對(duì)稱通孔，分別連通穿線 通道A和穿線通道B，用于穿過內(nèi)部的導(dǎo)線。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于離子推力器測量的阻滯能量分析儀，其特征在于： 所述的四組柵網(wǎng)組與與陶瓷絕緣套筒內(nèi)徑采用間隙配合方式安裝。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于離子推力器測量的阻滯能量分析儀，其特征在于： 所述的導(dǎo)線具體穿線過程為： 第一條導(dǎo)線一端穿過穿線通道A與第二組柵網(wǎng)組中的銅墊片相連，另一端依次穿過第 二組柵網(wǎng)組中的高透過率柵網(wǎng)，陶瓷墊片，第三組柵網(wǎng)中的高透過率柵網(wǎng)，銅墊片，第四組 柵網(wǎng)中陶瓷墊片，高透過率柵網(wǎng)，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(dǎo)線一端穿過穿線通道B與第三組柵網(wǎng)中的銅墊片相連，另一端依次穿過第四 組柵網(wǎng)組中的陶瓷墊片，高透過率柵網(wǎng)，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(dǎo)線一端焊接在收集器后壓的銅墊片上，穿過外殼座上的通孔，通過接線柱連 接皮安表，用于測量收集器上的電流。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于離子推力器測量的阻滯能量分析儀，其特征在于： 所述的高透過率柵網(wǎng)上的六邊形微孔設(shè)計(jì)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(shù)，為電子溫度，為 電子數(shù)密度。
6. 應(yīng)用如權(quán)利要求1所述的一種用于離子推力器測量的阻滯能量分析儀的工作方法， 其特征在于：具體過程如下： 離子推力器羽流經(jīng)過外殼和陶瓷絕緣套筒的入口，進(jìn)入陶瓷絕緣套筒，經(jīng)過第一組高 透過率柵網(wǎng)采用的懸浮電位，不加電壓，絕大多數(shù)電子和離子透過，減少等離子體的擾動(dòng)； 第二組高透過率柵網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)采用懸浮電壓，防止收集器上二次電子和光電子的發(fā)射；最后達(dá)到收集器上； 收集器上的電流為：
由此得到離子發(fā)動(dòng)機(jī)羽流的離子能量分布關(guān)系。
【文檔編號(hào)】G01M15/00GK104483132SQ201410532459
【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月10日
【發(fā)明者】湯海濱, 章喆, 張尊 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)