一种霍尔电推力器混合励磁工作方式

技术领域

本申请涉及航天空间电推进技术领域，具体而言，涉及一种霍尔电推力器混合励磁工作方式。

背景技术

霍尔电推力器的工作原理为：两个半径不同的陶瓷套管固定在同一轴线上组成了具有环形结构的等离子放电通道即放电室，内、外励磁绕组在励磁电流作用下通过磁极在环形放电室内形成径向分布的磁场，其磁场构型由整体磁路结构和励磁电流共同决定。在径向分布的磁场条件下阳极和阴极之间的放电等离子体在通道内将产生自洽轴向场，这样环形放电室内将形成正交的电磁场。阴极发射的电子进入环形放电室后，在正交磁场作用下将形成周向漂移，也称霍尔漂移，大量电子在环形放电室内漂移运动形成了霍尔电流。推进剂从气体分配器注入环形放电室，中性原子同做漂移运动的电子发生碰撞器电离成为离子。而离子质量很大，其运动轨迹基本不受磁场影响，在轴向电场作用下沿轴向高速喷出从而产生推力。与此同时，阴极发射的另一部分电子与轴向喷出的离子中和，保持了推力器羽流的宏观电中性。

因此，励磁绕组的励磁工作方式直接决定霍尔推力器电离效率、等离子放电稳定性和束流聚焦特性，直接关系到推力器的性能和寿命，甚至影响空间飞行任务的成败。

传统霍尔推力器励磁方式主要有自励磁和独立励磁两种工作方式。自励磁工作方式是将励磁绕组串联入推力器阳极放电回路，利用阳极与阴极间等离子体放电产生的放电电流激励励磁绕组形成所需磁场。霍尔推力器在整体磁路结构不变的情况下，磁场构型取决于励磁绕组安匝数，对于小功率霍尔推力器，由于放电电流较小，为了满足自励磁工作安匝数要求必须增加励磁绕组线圈匝数，但受推力器结构空间和重量限制，线圈匝数无法增加到所需匝数。独立励磁工作方式中励磁回路与阳极放电回路完全独立，励磁绕组的励磁由外接励磁电源实现，但是该工作方式存在推力器启动不稳定、启动缓慢、放电震荡较大、与等离子放电匹配性差的缺点，会影响推力器响应时间和工作寿命。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种霍尔电推力器混合励磁工作方式，在自励磁霍尔推力器工作方式基础上外接励磁电源，外接励磁电源补充励磁电流，使其与自励磁电流合并形成的混合励磁电流满足励磁绕组工作安匝数设计要求。

为了实现上述目的，本申请提供了一种霍尔电推力器混合励磁工作方式，包括自励磁霍尔推力器以及励磁电源，其中：励磁电源作为外接电源与自励磁霍尔推力器连接；自励磁霍尔推力器包括励磁绕组以及阳极放电回路；励磁绕组串联接入阳极放电回路中。

进一步的，阳极放电回路包括阳极、阳极电源以及空心阴极，阳极电源的负端与空心阴极供电端连接。

进一步的，励磁绕组一端与阳极电源的负端连接，另一端与供电地端连接。

进一步的，励磁电源的负极与阳极电源的负端连接，正极与供电地端连接。

进一步的，励磁绕组包括内励磁绕组和外励磁绕组，内励磁绕组和外励磁绕组串联在一起。

进一步的，推力器启动时，先启动霍尔推力器的自励磁工作模式，然后再开启励磁电源补充励磁电流。

本发明提供的一种霍尔电推力器混合励磁工作方式，具有以下有益效果：

本发明采用在自励磁工作方式的基础上外接励磁电源的混合励磁工作方式，可以在小功率霍尔推力器体积重量受限或需进一步优化的条件下，使推力器磁场满足设计要求，同时由于自励磁工作的电感效应和放电电流为逐步增大的过程，可以有效压制霍尔推力器工作时的放电震荡，提高推力器寿命并且大幅缩短推力器启动时间，降低励磁电源功率。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请实施例提供的一种霍尔电推力器混合励磁工作方式的供配电示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

另外，术语“多个”的含义应为两个以及两个以上。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1所示，本申请提供了一种霍尔电推力器混合励磁工作方式，包括自励磁霍尔推力器以及励磁电源，其中：励磁电源作为外接电源与自励磁霍尔推力器连接；自励磁霍尔推力器包括励磁绕组以及阳极放电回路；励磁绕组串联接入阳极放电回路中。

具体的，本申请实施例提供的霍尔电推力器混合励磁工作方式，该工作方式适用于体积重量受限的小功率霍尔推力器，首先按自励磁霍尔推力器的工作方式，将励磁绕组串联接入阳极放电回路，然后将励磁电源作为外接励磁电源接入阳极放电回路。霍尔电推力器启动过程中，先通过阳极放电回路中的空心阴极进行点火，点火成功后会启动阳极放电回路中的阳极电源，阳极放电回路开始工作，霍尔电推力器的放电室开始放电，由于放电电流通过励磁绕组，霍尔推力器会进入自励磁工作方式，之后再开启励磁电源补充励磁电流，使其与自励磁电流合并形成的混合励磁电流满足励磁绕组工作安匝数设计要求。

进一步的，阳极放电回路包括阳极、阳极电源以及空心阴极，阳极电源的负端与空心阴极供电端端连接。阳极、阳极电源以及空心阴极构成阳极放电回路，一方面用于发射电子进入放电室，另一方面与阴极之间等离子体放电产生放电电流。

进一步的，励磁绕组一端与阳极电源的负端连接，另一端与供电地端连接。励磁绕组主要利用阳极与阴极间等离子体放电产生的放电电流激励励磁绕组形成所需的磁场。

进一步的，励磁电源的负极与阳极电源的负端连接，正极与供电地端连接。励磁电源直接与自励磁霍尔推力器连接，主要用于在霍尔推力器自励磁工作状态下进行励磁电流的补充，使补充的励磁电流与自励磁电流合并形成的混合励磁电流，从而满足励磁绕组工作安匝数设计的要求。

进一步的，励磁绕组包括内励磁绕组和外励磁绕组，内励磁绕组和外励磁绕组串联在一起。内励磁绕组和外励磁绕组主要是在励磁电流作用下通过磁极在环形放电室内形成径向分布的磁场，在径向分布的磁场条件下阳极和阴极之间的放电等离子体在通道内将产生自洽轴向场，这样环形放电室内将形成正交的电磁场。

进一步的，推力器启动时，先启动霍尔推力器的自励磁工作模式，然后再开启励磁电源补充励磁电流。在本发明实施例中，霍尔电推力器启动过程中，空心阴极先进行点火，点火成功后先启动阳极电源，霍尔电推力器的放电室开始放电，由于放电电流通过励磁绕组，霍尔推力器会进入自励磁工作方式，之后再开启励磁电源补充励磁电流，使其与自励磁电流合并形成的混合励磁电流满足励磁绕组工作安匝数设计要求，同时由于自励磁工作的电感效应和放电电流为逐步增大的过程，可以有效压制霍尔推力器工作时的放电震荡，提高推力器寿命并且大幅缩短推力器启动时间，降低励磁电源功率。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。