离子推力器栅极放电分析和保护设计
离子推力器c栅极研究
离子推力器c栅极研究
结果
由于离子推力器的电场在具有对称轴的多极结构中均匀分布，因此离子推
进器在c栅极构件中的发射效率较高，而c栅极可大大改善离子推进器的
发射效率和发射精度。
研究表明，采用c栅极构件的离子推进器的发射速度可达到10km/s左右，而传统的离子推进器的发射速度只有7km/s左右。
另外，采用c栅极构件
的离子推进器的离子束分散度可达到0.1°左右，而传统的离子推进器的
分散度为0.4°左右。
这表明采用c栅极构件的离子推进器可以大大改善
离子束的分散度，从而提高其推进器的精度和性能。
另外，使用c栅极构件能够有效抑制离子束束中的电离子，从而减少离子
束的噪声水平，提高离子束发射射束的稳定性，优化离子推进效率。
总之，c栅极构件可以有效改善离子推进器的性能，提高其发射效率和精度。
基于均匀化方法的离子推力器栅极组件的有限元分析计算
基于均匀化方法的离子推力器栅极组件的有限元分析计算高全福;张永恒;王良璧;顾佐;江豪成;徐金灵
【期刊名称】《真空与低温》
【年(卷),期】2008(014)001
【摘要】离子光学系统是离子火箭发动机推力器中装配要求最严格的部件之一,其性能的好坏直接影响推力器的性能.栅极是离子光学系统的主要组件,其结构为多孔球面薄板.基于均匀化方法利用ANSYS有限元软件建立了球面栅极组件的有限元模型,分别进行了栅极组件的模态分析和均布载荷下的位移、谐响应分析,为设计、加工和装配提供可靠的数据.
【总页数】5页(P45-48,52)
【作者】高全福;张永恒;王良璧;顾佐;江豪成;徐金灵
【作者单位】兰州交通大学,机电工程学院,甘肃,兰州,730070;兰州交通大学,机电工程学院,甘肃,兰州,730070;兰州交通大学,机电工程学院,甘肃,兰州,730070;兰州物理研究所,甘肃,兰州,730000;兰州物理研究所,甘肃,兰州,730000;兰州物理研究所,甘肃,兰州,730000
【正文语种】中文
【中图分类】O241.82
【相关文献】
1.离子推力器栅极组件有限元的建模及热变形研究 [J], 梁秀强;袁杰红;周仕明
2.30 cm离子推力器栅极组件热形变位移分析研究 [J], 孙明明;张天平;贾艳辉
3.离子推力器栅极组件温度场仿真分析及试验研究 [J], 梁秀强;袁杰红;周仕明
4.空间在轨环境下的30cm离子推力器三栅极组件间距变化仿真分析 [J], 孙明明; 耿海; 王亮; 郑艺
5.离子推力器栅极组件热态间距测量系统研制 [J], 袁杰红; 梁栋; 周仕明; 肖势杰; 李兴坤; 杨俊泰
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一种铆接的离子推力器栅极部件及其制作方法[发明专利]
![一种铆接的离子推力器栅极部件及其制作方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/6ff0ef3684254b35effd34e0.png)
专利名称：一种铆接的离子推力器栅极部件及其制作方法专利类型：发明专利
发明人：高俊,郑茂繁,杨福全,黄永杰,王寅鸣
申请号：CN201611118160.1
申请日：20161207
公开号：CN106545480A
公开日：
20170329
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种铆接的离子推力器栅极部件，包括栅片和栅极安装环，所述栅片上圆周设置第一固定孔，所述栅极安装环上圆周设置第二固定孔，所述栅片和栅极安装环采用钛铆钉铆接固定，所述钛铆钉穿过栅片上的第一固定孔与栅极安装环的第二固定孔在另一侧铆接。
本发明将栅极部件的栅片与栅极安装环的固定方式由传统的螺母连接结构改为铆接结构，克服了长期以来人们用传统的螺母连接技术带来的技术问题。
采用钛铆钉铆接紧固方式固定栅片与栅极安装环，可简化栅极组件结构、减少标准件数量，可有效的提高栅极的可靠性，无松动问题，抗力学性能好且提高了栅极装配的对中性，减小截获电流提高了离子推力器寿命。
申请人：兰州空间技术物理研究所
地址：730000 甘肃省兰州市城关区雁兴路108号
国籍：CN
代理机构：甘肃省知识产权事务中心
代理人：孙惠娜
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离子推力器栅极系统电子反流阈值的数值分析
离子推力器栅极系统电子反流阈值的数值分析摘要：本文研究了离子推力器栅极系统电子反流阈值的数值分析。
通过模拟离子排放射裂的动力学，我们计算出了栅极系统中电子反流阈值的数值范围，并将其与理论预测值进行了比较。
结果表明，模拟数据与理论预测值吻合良好。
关键词：离子推力器，栅极系统，电子反流阈值，数值分析。
正文：作为前沿推进技术之一，离子推进器使用电感性离子排放来产生所需的推力。
而栅极系统是离子推进器的重要组成部分，主要负责向离子流体引入电子，以维持离子排放射裂的运动。
因此，计算栅极系统的电子反流阈值对于了解它的性能特征至关重要。
在本文中，我们采用了Vlasov方程和Monte Carlo模拟方法，以便有效地估计栅极系统中电子反流阈值的数值范围。
根据得到的数值分析结果，我们讨论了单离子反流模型的有效性，并将模拟结果与理论预测值进行了比较。
最后，我们讨论了栅极系统性能参数的影响情况，以及如何应用模拟结果来有效地操作离子推力器。
得到栅极系统电子反流阈值的数值分析结果可以帮助我们更好地操作离子推力器。
一方面，理解并控制电子反流阈值能够有效地提高推进系统的性能和效能。
此外，由于离子推进器的推力只受离子排放射裂的充电状态影响，因此对电子反流阈值的掌握也能够帮助我们有效地对推进系统进行定量管理。
此外，由于电子反流阈值的数值范围依赖于栅极系统的特性参数，因此我们可以通过调整这些特性参数来控制电子反流阈值。
例如，调节栅极电位和离子流体温度可以改变栅极系统电子反流阈值的大小，从而实现系统的优化。
此外，我们还可以使用此项技术来模拟实际离子推力器的操作情况，以便更加精准地预测系统性能。
总之，离子推力器栅极系统电子反流阈值数值分析提供了一种有效的策略，可以用来优化离子推力器的性能。
在某些情况下，我们需要在实施离子推进器推力前先加以测量，以便得到准确的性能参数。
在这种情况下，我们可以使用离子推进器栅极系统电子反流阈值数值分析技术来指导评估过程。
离子推力器束流引出状态对栅极刻蚀的影响
·粒子束及加速器技术·离子推力器束流引出状态对栅极刻蚀的影响*孙明明， 耿 海， 杨俊泰， 岳士超， 张文涛（兰州空间技术物理研究所，真空技术与物理重点实验室，兰州 730000）摘 要： 为了研究30 cm 离子推力器束流引出状态对栅极刻蚀的影响，建立了束流引出模型，并采用PIC-MCC 方法对CEX 离子造成的栅极腐蚀速率进行了计算，最后将计算结果与1500 h 寿命试验结果进行比对分析。
结果显示：束流正常聚焦时，在3 kW 和5 kW 两种工作模式下，加速栅和减速栅的质量刻蚀速率分别为(1.11～1.72)×10−15 kg/s 及(1.22～1.26)×10−17 kg/s 。
在5 kW 工况下，当屏栅上游等离子体密度达到4.03×1017 m −3时，束流出现欠聚焦现象，此时加速栅和减速栅的最大离子刻蚀速率分别为4.33×10−15 kg/s 和4.02×10−15 kg/s ；在3 kW 工况下，当屏栅上游等离子体密度达到0.22×1017 m −3时，束流出现过聚焦现象，此时加速栅和减速栅的最大离子刻蚀速率分别为3.24×10−15 kg/s 和5.01×10−15 kg/s 。
寿命试验结果表明，加速栅孔质量刻蚀速率的计算值与试验值比对误差较小，而由于束流离子对减速栅孔的直接轰击，导致减速栅孔刻蚀速率的计算值和试验值差异极大。
经研究认为，对屏栅小孔采用变孔径设计，是降低当束流处于欠聚焦或过聚焦状态下，CEX 离子造成加速栅孔和减速栅孔刻蚀速率，并提升推力器工作寿命的有效措施。
关键词： 离子推力器； 栅极腐蚀； 束流； 聚焦状态中图分类号： V439.4 文献标志码： A doi : 10.11884/HPLPB202133.200229Influence of ion beam perveance condition on grids erosion for ion thrusterSun Mingming ， Geng Hai ， Yang Juntai ， Yue Shichao ， Zhang Wentao（Science and Technology on Vacuum Technology and Physics Laboratory , Lanzhou Institute of Physics , Lanzhou 730000, China ）Abstract ： To study the influence of ion beam perveance condition on the grids erosion velocity for 30 cm diameter ion thruster, we established a beam perveance model and calculated the grids erosion velocity caused by CEX (charge exchange) ions by PIC-MCC method, and then compared and analyzed the calculation results with 1500 h short time life test results. The results show that under the normal beam perveance condition, the mass erosion velocity of the accelerator grid and the decelerator grid are (1.11−1.72)×10−15 kg/s and (1.22−1.26)×10−17 kg/s in 3 kW and 5 kW working modes, respectively. Under 5 kW working mode, when the upstream plasma density of the screen grid reaches 4.03×1017 m −3, the beam is under perveance condition, and the maximum ion erosion velocity of the accelerator grid and the decelerator grid is about 4.33×10−15 kg/s and 4.02×10−15 kg/s respectively. Under 3 kW working mode, when the upstream plasma density of the screen grid reaches 0.22×1017 m −3, the beam is in over perveance condition. Meanwhile, the maximum ion erosion velocity of the accelerator grid and the decelerator grid is about 3.24×10−15 kg/s and 5.01×10−15 kg/s respectively. The life test results show that the calculation value of mass erosion velocity of the accelerator grid hole has a small error to the test value. However, the calculation results of erosion velocity of the decelerator grid hole differ greatly from the test results, which is mainly because of the direct bombardment of the beam ions on the decelerator grid hole. From the current research conclusions, it is considered that the variable aperture design for the screen grid hole is an effective measure to reduce the erosion velocity of the accelerator grid hole and the decelerator grid hole caused by CEX ions when the beam is in under or over perveance condition. In addition, variable aperture design of the grids can significantly improve the working life of the thruster.Key words ： ion thruster ； grid erosion ； ion beam ； perveance condition* 收稿日期：2020-08-03； 修订日期：2020-12-17基金项目：国家自然科学基金项目（61901202，61901204）；十三五星箭可靠性增长项目（ZKCP0701）；国防科工局稳定支持重点实验室基金项目；民用航天预研项目（D010509）作者简介：孙明明（1985—），男，博士，高级工程师，主要从事空间电推进技术研究；。
LIPS-300离子推力器放电室设计及实验研究
LIPS-300离子推力器放电室设计及实验研究王亮;张天平;江豪成;陈娟娟;王小永【摘要】梳理了放电室工程化设计的基本流程，包括磁场位形设计、几何构型设计、磁极数设计、供气方式设计以及关键参数设计，其中关键参数又包括长径比、磁极位置、磁钢尺寸、阴极位置等。
按照上述流程，完成了LIPS-300放电室设计，并通过仿真分析、实验数据对设计的结果进行了验证，证明设计的柱形磁铁四级场、直锥双段放电室，无论放电损耗、束流平直度均优于三级场放电室。
%The essential design procedure about discharge chamber are presented in this paper,it includes magnetic field,geometric texture,the number of magnetic poles,neutral atoms distribution method and the key parameters. It is di-vided into length diameter ratio,poles position,magnet size,cathode position. Design and development of discharge cham-ber of LIPS-300 ion thruster was completed following the procedure noted above. At last,the performance of the discharge chamber is analyzed and tested by simulated analysis and actual experimental data. The ultimate result is the discharge loss and beam flatness of four ring-cusp magnetic fields isbetter than those of three rings.【期刊名称】《真空与低温》【年(卷),期】2016(022)006【总页数】6页(P344-349)【关键词】离子推力器;放电室;设计与实验【作者】王亮;张天平;江豪成;陈娟娟;王小永【作者单位】兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室，兰州730000;兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室，兰州 730000;兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室，兰州 730000;兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室，兰州 730000;兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室，兰州 730000【正文语种】中文【中图分类】V439放电室是离子推力器维持放电并产生等离子体的区域，其设计原则是提高放电效率和栅极出口等离子体分布的均匀性[1]。
离子推力器高效高可靠性屏栅电源设计
离子推力器高效高可靠性屏栅电源设计
徐友慧;胡延栋;武桐;侯天明;王少宁;王先荣;李媛婧;陈丽萍
【期刊名称】《推进技术》
【年(卷),期】2021(42)10
【摘要】为了进一步提高离子推力器的可靠性和使用寿命,采用6个电源模块串联输出的方法设计了高效高可靠性的屏栅电源试验样机,每个模块采用全桥LLC谐振变换器,并对屏栅电源模块的性能、打火时开关管的瞬态电流应力分别进行了测试研究。
结果表明:屏栅电源模块采用全桥LLC谐振变换器,可以实现零电压开通零电流关断,整个电源的转换效率提高到96.9%;单个电源模块输出电压为210V,电源模块内部没有>250V的交流电压峰值,简化了高压绝缘设计的难度;变换器初级较大谐振电感的限流作用使得推力器出现打火时,开关器件瞬态电流仅为40A。
该设计能有效提高屏栅电源的效率和可靠性,可以应用于小行星探测等深空探测航天器的电推进系统。
【总页数】8页(P2393-2400)
【作者】徐友慧;胡延栋;武桐;侯天明;王少宁;王先荣;李媛婧;陈丽萍
【作者单位】兰州空间技术物理研究所
【正文语种】中文
【中图分类】V439.2
【相关文献】
1.大功率离子推力器屏栅电源拓扑技术进展与展望
2.放电电压和屏栅电压对离子推力器性能的影响
3.大功率离子推力器屏栅电源仿真分析
4.屏栅边缘小孔孔径对离子推力器性能的影响
5.阳极电流和屏栅电压对5kW离子推力器性能的影响
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航天Biblioteka 器工程 Ｖｏｌ ＿ ２ ３ Ｎｏ ． ６
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ＳＰＡＣＥＣＲＡ ＦＴ ＥＮ Ｇ Ｉ Ｎ ＥＥＲＩ ＮＧ
离 子 推 力 器 栅 极 放 电分 析 和 保 护 设 计
王 少 宁 王 卫 国 张 保 平 陈 昶 文
（ 兰 州 空 间技 术 物 理 研 究 所 ，兰 州 ７ ３ ０ ０ ０ ０ ）
存在尖端或 污染物 ， 容 易 在 栅 极 之 间发 生 放 电 现 象 。放 电会 引 起 推 力 器 工 作 时 发 生 束 流 闪 烁 ， 导 致 推 力 突然 变 小 。放 电不 仅 对 电推 进 系 统 正 常 工 作造成影 响， 对 电推进 系统 电源处理 单元 （ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ Ｕｎ ｉ ｔ ， Ｐ Ｐ Ｕ） 的保护 能力也是一种 考验 ， 关系到整个 电推进 系统 可靠 、 安 全 工 作 。本 文 研 究 了离 子 推 力 器 发 生 放 电 的 主 要 原 因 ， 并给出了 针 对 电 推进 系 统 在 轨 飞 行 发 生 放 电 的保 护 措 施 和
摘 要 离子推 力器的栅 极 结构 复 杂 、 电压 高 ， 两栅 之 间容 易发 生放 电， 给 离子 电推 进 正 常工
作 带 来影 响 ， 文 章提 出推 力 器加 工工 艺和过 程 污 染物是 产 生放 电 的主 要 原 因。分 析 国 内外 离子 电 推 进 系统放 电现 象， 建议 采 用放 电保护 设计 ， 以有效保 护 电推进 系统及 卫星 的正 常工作 。文章 以 电
源处理 单元 为主 ， 给 出 了针 对 离子 推 力 器栅 极放 电的保护 设计 和 系统控 制保 护措施 。
关 键 词 离子 推 力 器 ； 高压 ； 栅 极放 电 ； 保 护 设 计 中 图分 类 号 ： Ｖ４ ４ １ 文 献标 志 码 ： Ａ Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ３ — ８ ７ ４ ８ ． ２ ０ １ ４ ． ０ ６ ． ０ ０ ９
（ Ｌａ ｎ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｐｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ｓ ，Ｌａ ｎ ｚ ｈ ｏ ｕ ７ ３ ０ ０ ０ ０，Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
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象 。离 子 推 力 器 的 结 构 复 杂 ， 屏 栅 和 加 速 栅 间 距
１ 引言
电推进 作 为 一 种 先进 的推 进 技术 ， 已成 为衡 量 航 天器先 进 性 的标志 之一 。 目前 国际上 主要 应用 离
小， 两 栅 问 电压 普 遍 高 达 １ ０ ０ ０ Ｖ 以上 ， 若 栅 极 间
如果ppu没有完善的保护功能微放电时产生的大电流可能会对ppu内部电路造成大电流冲击对部分器件造成过功率的潜在损伤或直接损坏从而影响到ppu单机功能电路的可靠性下降或损坏由于对器件的损伤将降低系统的可靠性如果损坏产品的功能电路将直接导致ppu离子推力器严重的放电主要是推力器栅极由于加工工艺产生较大的尖端或表面变形产生的凸起等导致两栅产生搭接形成严重短路故障