一种基于碳纳米管微孔阵列电极的微推力器

技术领域

本发明涉及一种场致电离推力器的结构构型，具体涉及一种基于碳纳米管微孔阵列电解的微推力器。

背景技术

基于碳纳米管微孔阵列电极的微推力器是一种新概念的微电推力器，主要是应用于空间微纳卫星精细姿轨控制和位置保持。与传统的微推力/电推力器不同，该推力器一方面是利用碳纳米管大的长径比来实现对气体工质的电离进而来发射离子，另一方面通过极性切换可利用其强的场发射能力发射电子，实现双模态工作模式。相比离子推力器、ECR离子推力器，本发明结构简单、不需要额外的中和器来中和推力器的羽流。

如发明专利CN110056491A提到的一种碳纳米管阵列推力器，如图1所述，其结构如下：包括碳纳米管单元阵列、金属栅极、电源、工质储存箱、保护层、固定板、微处理元件。保护层包括中间贯通相连前后两部分；前半部分前端设有固定板，碳纳米管单元阵列呈阵列分布于固定板一侧，工质储存箱设于固定板另一侧。后半部分外表面上方设有微处理元件、电源。金属栅极为圆形，固定于保护层后半部分内。推力器工作时，碳纳米管单元阵列通电，氩气工质经由固定板从工质储存箱进入碳纳米管单元阵列；微处理元件控制碳纳米管单元阵列工作模式，并控制金属栅极电位与碳纳米管单元阵列的工作模式对应，达成两种工作状态。

现有的技术方案结构布局中微处理器和电源布局在推力器附近环形布局，微处理器和电源体型较大，布局在推力器的环向会导致整个推力器体积大、质量重。同时推力器在工作过程中等离子运动的高频振荡产生的电磁辐射会影响微处理器、电源工作特性；同样的电源和微处理器工作过程中产生的电磁辐射也会影响推力器的性能。此外推力器、微处理器、电源工作过程中三者产生的热量叠加，不仅会升高整机的工作温度降低系统性能，甚至烧毁器件。

当前技术中明显可见保护层的长度较长，导致从栅极出来的带电粒子轰击其表面，造成表面的腐蚀，同时带电粒子的沉积会导致其带电，增加自击穿的风险，影响使用寿命。

当前技术中栅极并未明确其固定方式同时也未提及导电的连接方式。提及到工质存储箱尚未明确其如何向推力器输送工质。按照其所述，推力器工作过程中使用的工质为气体，气体阀门的开闭以及开度需根据工况进行调节，按其结构方案，阀门难以布局。碳纳米管阵列并未明确如何固定在固定板上，当前技术碳纳米管主要是通过气相沉积生长在基底上，同时尚未明确工质如何从工质储箱进入碳纳米管阵列中。综上，现有方案结构各个部件之间的连接方式不明确，布局不合理，在实际使用过程中实现难度大、质量大、效率低、寿命短。

发明内容

本发明要解决的技术问题

针对上述问题，本发明提出了结构简单、可实现性高、质量轻巧的构型。该构型方案可解决当前技术方案中布局不合理性和不科学、无法固定安装、无法实现电气连接和工质供给、工作效率低等问题。

为解决技术问题采用的技术方案

一种基于碳纳米管微孔阵列电极的微推力器，包括栅极、导电环、绝缘压环、碳纳米管微孔阵列电极、放电室及冷压接线端子，所述碳纳米管阵列微孔电极放置在放电室的凸台上，依次放置导电环、绝缘压环及栅极，通过螺栓将其固定在放电室上，所述冷压接线端子通过固定螺栓将其固定在栅极网上。

进一步地，所述碳纳米管微孔阵列电极上加工数以万计的微孔，使气体工质更加均匀的到达碳纳米管尖端。

进一步地，所述放电室内部设计有气体缓冲腔，使工质气体进入放电室内初步均化。

进一步地，推力器通过冷压接线端子实现栅极与电源的负极相连，通过导电环的接线端子实现碳纳米管微孔阵列电极与电源的正极相连。

进一步地，所述碳纳米管微孔阵列电极正面向上。

进一步地，所述导电环的接线端置于放电室的限定位凹中。

进一步地，所述推力器通过后侧的固定螺孔、安装螺栓固定在安装支架上。

进一步地，所述放电室的进气口通过软管与阀门、工质存储箱相连。

进一步地，O型缺口接线铜管，用于导电环接线端和导线实现物理上的连接。

进一步地，所述栅极上有6个均布定位槽，可用栅极固定螺栓将其固定在放电室上。

有益效果

本发明提供一种基于碳纳米管微孔阵列电解的微推力器，该结构构型简单、可实现性强、质量轻巧。可解决当前技术方案中布局不科学合理、无法固定安装、无法实现电气连接和工质供给、工作效率低、推力器寿命短等问题。

附图说明

图1：现有技术推力器视图；

图2：推力器的分解视图；

图3：推力器组装图的侧视图；

图4：推力器组装图的主视图；

图5：放电室的结构示意图；

图6：O型缺口接线铜管；

图7：碳纳米管电极；

图8：电子显微镜放大后碳纳米管电极微孔阵列。

其中：1-栅极固定螺栓，2-冷压接线端子，3-栅极，4-绝缘压环，5-导电环，6-碳纳米管微孔阵列电极，7-放电室，8-安装螺栓，9-导电环接线端，10-气体缓冲腔，11-进气口，12-放电室固定螺孔，13-限定位凹，14-导电层，15-碳纳米管阵列。

具体实施方式

本发明涉及到一种基于碳纳米管阵列的微推力器样机结构构型，该推力器由栅极、导电环、绝缘压环、碳纳米管微孔阵列电极、固定螺栓、冷压接线端子等组成。首先将碳纳米管阵列微孔电极放置在放电室的凸台上，其次依次放置导电环、绝缘压环、栅极，最终通过螺栓将其固定在放电室上。其中碳纳米管微孔阵列电极上加工数以万计的微孔，可以使气体工质更加均匀的到达碳纳米管尖端，提高了气体的利用率。放电室内部设计有气体缓冲腔，可以使工质气体进入放电室内初步均化。推力器最终通过冷压接线端子实现栅极与电源的负极相连，通过导电环的接线端子实现碳纳米管微孔阵列电极与电源的正极相连。相比之下该推力器结构简单、布局合理，可实现性强。

下面结合附图和本发明具体实施例对本发明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发明一部分实施例，而不是全部所得实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图2所示，推力器栅极固定螺栓、冷压接线端子、栅极、导电环、绝缘压环、碳纳米管微孔阵列电极、放电室、安装螺栓组成。在安装的过程中，首先将碳纳米管微孔阵列电极放置在放电室内部的支撑凸台上，碳纳米管微孔阵列电极正面向上；接着放置导电环，导电环由导电性良好的材质加工而成，导电环的接线端置于放电室的限定位凹中；接下来依次放置绝缘压环、栅极。栅极上有6个均布定位槽，可用栅极固定螺栓将其固定在放电室上。冷压接线端子一端连接导线，一端通过固定螺栓将其固定在栅极网上。整个推力器可通过后侧的固定螺孔、安装螺栓固定在安装支架上。

如图3、图4所示，为推力器的组装图,通过冷压接线端子实现栅极与电源的负极相连，可通过导电环的接线端实现碳纳米管微孔阵列电极与电源的正极相连。本推力器不涉及电源、微控制器，最终由服务平台保障。

如图5所示，放电室的进气口通过软管与阀门、工质存储箱相连。在工作的时候，工质可通过进气口进入放电室内部。工质气体进入放电室内部，在气体缓冲腔中实现均化。

如图6所示，为O型缺口接线铜管，用于导电环接线端和导线实现物理上的连接。

如图7、图8所示，为碳纳米管微孔阵列电极，其导电层外侧与导电环接触，同时导电层也与碳纳米管根部相连接，最终可实现碳纳米管阵列与电源电气连接。碳纳米管微孔生长的基底加工了数万个尺度为微米的小孔，将放电室气体缓冲腔与碳纳米管层连通。在工作过程中工质气体可从气体缓冲腔流向碳纳米管侧，由于气体在流动过程中受到碳纳米管长度方向的约束，增加了与碳纳米管尖端接触的概率，相比之下大大提升电离效率。