本发明属于霍尔推力器，尤其涉及霍尔推力器陶瓷散热结构。
背景技术：
霍尔推力器作为已经在轨应用的电推进装置之一，其工作热稳定性是目前受广泛关注的核心问题。霍尔推力器放电通道内的离子在电场加速运动喷出并产生推力的过程中，部分离子会与放电通道壁面产生相互作用，即离子溅射到壁面上，产生能量损耗。这部分损耗的能量主要以热能形式沉积在放电通道壁面出口段，壁面热沉积功率可达到总功率的20％～30％。同时，随着大功率高比冲的航天任务需求的提升，要求霍尔推力器工作在更高的放电电压以及功率密度下，这更加加剧了霍尔推力器壁面热沉积问题，导致了整体散热能力降低，霍尔推力器的整体热稳定性差。
技术实现要素：
本发明是为了解决现有高比冲高功率霍尔推力器热稳定性差的问题，现提供霍尔推力器导热支架及含有该支架的霍尔推力器。
霍尔推力器导热支架，包括长度相同且同轴内外嵌套设置的两个圆筒，两个圆筒的同一端通过底板相连，底板上设有多个通孔，两个圆筒的筒壁上均开有多条一端开口且另一端封闭的缝隙，多条缝隙沿所在圆筒周向均匀排布、且缝隙走向与所在圆筒轴向相同，缝隙的开口端与所在圆筒的开口端贯通。
上述两个圆筒的开口端设有出口段，出口段包括两个长度相同且同轴内外嵌套设置的两个短圆筒，两个短圆筒同轴，出口段的一端与两个圆筒的开口端相连，两个短圆筒之间的距离大于两个圆筒之间的距离，缝隙贯通出口段的两端。
含有上述霍尔推力器导热支架的霍尔推力器，霍尔推力器导热支架包覆在霍尔推力器放电通道外部。
本发明的有益效果：
针对高比冲高功率霍尔推力器的热稳定问题，本发明提出了霍尔推力器导热支架的热结构设计方案来优化霍尔推力器内部热传导过程，将大部分壁面沉积热流传导至霍尔推力器散热能力较强的外部构件上，减小霍尔推力器内部磁路热量沉积，并增强其整体散热能力，最终提高霍尔推力器的整体热稳定性。
附图说明
图1为本发明所述霍尔推力器导热支架的三维视图；
图2为本发明所述霍尔推力器导热支架的主视图；
图3为图2的a-a向视图；
图4为本发明所述霍尔推力器导热支架安装在霍尔推力器上的位置示意图；
图5为霍尔推力器使用导热支架后的热流方向示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1至图3具体说明本实施方式，本实施方式所述的霍尔推力器导热支架，包括长度相同且同轴内外嵌套设置的两个圆筒，两个圆筒的长度均为70mm。两个圆筒的同一端通过底板相连，底板为环形，底板上设有沿其周向均匀排布的多个通孔。
具体的，位于内侧的圆筒外径与底板内径相同，该圆筒一端与底板内环相连，位于外侧的圆筒内径与底板外径相同，该圆筒一端与底板外环相连。
考虑到霍尔推力器的高能粒子主要溅射放电通道的出口部分(10mm)，所以增大放电通道出口位置的厚度，即径向向外扩张尺寸，所以两个圆筒的开口端设有出口段，出口段包括两个长度相同且同轴内外嵌套设置的两个短圆筒，两个短圆筒同轴，出口段的一端与两个圆筒的开口端相连，两个短圆筒之间的距离大于两个圆筒之间的距离，缝隙贯通出口段的两端。配合放电通道的长寿命需求，实际应用时还能够向外进行变形设计。
霍尔推力器导热支架整体材料为铝。其导热系数要比bn陶瓷高出很多，同时还能保证霍尔推力器导热支架与陶瓷之间的紧密接触，通过霍尔推力器导热支架能够有效将陶瓷放电通道前端(10mm左右)高能粒子撞击产生的能量传导至外部磁路。
同时，考虑到bn陶瓷的线性膨胀系数(4.80μm/(m ℃))与铝的膨胀系数(24.0μm/(m ℃))相差很大，因此，为防止因膨胀系数不同导致陶瓷放电通道受力碎裂，两个圆筒的筒壁上均开有多条一端开口且另一端封闭的缝隙，多条缝隙沿所在圆筒周向均匀排布、且缝隙走向与所在圆筒轴向相同，缝隙的开口端与所在圆筒的开口端贯通。缝隙与缝隙之间的部分即为齿条结构，利用其各个齿条的弹性形变，减小支架与陶瓷之间的集中应力，并始终保持两者之间的表面紧密贴合，减小两者之间的导热热阻，增加陶瓷对导热支架的直接传热。
两个圆筒的厚度均为2mm，底板的厚度为4mm。实际应用时，圆筒筒壁厚度可以按照磁路的结构设计需求对其厚度进行分段调整。
铝的导热系数为210w/(m k)，而bn陶瓷的导热系数为20w/(m k)，能够预期到通过铝制导热支架实现热流的有效转移。经ansys模拟结果显示导热支架热流密度高，能够有效将内陶瓷上的热流引导至外部磁路上。同时，模拟结果显示，相同输入条件下，铝制导热支架使得内磁路部件温度下降30℃～50℃。
采用本实施方式所述霍尔推力器导热支架的高电压氪工质霍尔推力器hkt-110，其实验结果显示，本实施方式结构有效降低了内磁路的热量沉积，提高了霍尔推力器的工作热稳定性，提高了霍尔推力器稳定工作的功率上限。
具体实施方式二：参照图4和图5具体说明本实施方式，本实施方式是含有具体实施方式一所述的霍尔推力器导热支架的霍尔推力器，霍尔推力器导热支架7包覆在霍尔推力器放电通道6外部。霍尔推力器导热支架7中位于内侧的圆筒与内磁屏4之间的距离为1.5mm，且内磁屏4与位于内侧圆筒相对的表面进行有电镀处理，通过减小其表面辐射系数，来减小霍尔推力器导热支架对内磁屏4的热辐射功率。
在传统霍尔推力器的陶瓷放电通道6外侧增加铝制霍尔推力器导热支架7，对放电通道6上产生的热流进行引导，通过将内陶瓷上的热流导引至外部磁路(包括外磁屏8、外磁极9和外励磁线圈10)上，减小放电通道6对散热能力较差的内磁路(包括内铁芯1、内励磁线圈2、内磁极3、内磁屏4和附加励磁线圈5)的热辐射，利用开放式的外部磁路及其他外部热结构进行散热；并且为保证底板11温度符合工程要求，防止陶瓷放电通道6热流传导至底板11。本实施方式中霍尔推力器导热支架(7与底板11之间并不直接接触。但是，由于霍尔推力器内部空间有限，考虑到放电通道6出口段(放电通道内陶瓷6-1和外陶瓷6-2)为溅射严重区域，因此如图4所示，将放电通道6内段厚度削减为6mm，而出口段则保持8mm不变。
具体热流传导路径如图5所示，霍尔推力器上的主要热流来源于等离子体束流对陶瓷壁面溅射热流沉积，主要集中沉积于放电通道出口位置。同时，陶瓷上沉积的热流一小部分通过其自身传导至底部，但是铝的导热系数比bn陶瓷高很多，所以绝大部分热流传导至铝制导热支架，然后传导至推力器底部。其中，通过导热支架传导出来的热流主要集中汇聚于与推力器底板11之间的安装接触面部位，然后热流通过此接触面传导至底板11外围，再通过底板外侧安装的散热支架进行有效散热。
上述两个实施方式所述的霍尔推力器导热支架及含有该支架的霍尔推力器，不局限与上述各个实施方式所描述的具体结构，还可以是上述各个实施方式所描述的特征的合理进行尺寸和构型调整。
1.霍尔推力器导热支架，其特征在于，包括长度相同且同轴内外嵌套设置的两个圆筒，两个圆筒的同一端通过底板相连，底板上设有多个通孔，
两个圆筒的筒壁上均开有多条一端开口且另一端封闭的缝隙，多条缝隙沿所在圆筒周向均匀排布、且缝隙走向与所在圆筒轴向相同，缝隙的开口端与所在圆筒的开口端贯通。
2.根据权利要求1所述的霍尔推力器导热支架，其特征在于，
两个圆筒的开口端设有出口段，出口段包括两个长度相同且同轴内外嵌套设置的两个短圆筒，两个短圆筒同轴，
出口段的一端与两个圆筒的开口端相连，两个短圆筒之间的距离大于两个圆筒之间的距离，缝隙贯通出口段的两端。
3.根据权利要求1或2所述的霍尔推力器导热支架，其特征在于，两个圆筒的厚度均为2mm。
4.根据权利要求1或2所述的霍尔推力器导热支架，其特征在于，底板的厚度为4mm。
5.根据权利要求1或2所述的霍尔推力器导热支架，其特征在于，底板为环形，
位于内侧的圆筒外径与底板内径相同，该圆筒一端与底板内环相连，
位于外侧的圆筒内径与底板外径相同，该圆筒一端与底板外环相连。
6.根据权利要求1或2所述的霍尔推力器导热支架，其特征在于，两个圆筒和底板的材料均为铝。
7.根据权利要求1或2所述的霍尔推力器导热支架，其特征在于，两个圆筒的长度均为70mm。
8.含有权利要求2所述的霍尔推力器导热支架的霍尔推力器，其特征在于，霍尔推力器导热支架(7)包覆在霍尔推力器放电通道(6)外部。
9.根据权利要求8所述的霍尔推力器，其特征在于，霍尔推力器导热支架(7)中位于内侧的圆筒与内磁屏(4)之间的距离为1.5mm。
10.根据权利要求9所述的霍尔推力器，其特征在于，内磁屏(4)与位于内侧圆筒相对的表面进行有电镀处理。
技术总结