专利摘要

环形离子推力器栅极组件，包括屏栅、加速栅、第一绝缘陶瓷环、第二绝缘陶瓷环、组合式屏栅支撑结构及组合式加速栅支撑结构。屏栅和加速栅均为环形，其端面的横截面均为凸起的弧形；组合式屏栅支撑结构包括外环、内环、弧形加强筋及耳片；组合式加速栅支撑结构包括外环、内环、弧形加强筋及凸片，凸片与耳片的位置相对应。屏栅与组合式屏栅支撑结构、加速栅与组合式加速栅支撑结构均通过焊接固定，第一、第二绝缘陶瓷环设于屏栅和加速栅之间，组合式屏栅支撑结构和组合式加速栅支撑结构通过凸片与耳片采用螺钉进行固定。本发明的栅极组件重量轻、强度大、抗热形变能力强，能够有效抑制栅极组件表面出现的翘曲、褶皱等现象，提高环形离子推力器的性能。

权利要求

1.环形离子推力器栅极组件，其特征是：包括屏栅、加速栅、第一绝缘陶瓷环、第二绝缘陶瓷环、组合式屏栅支撑结构及组合式加速栅支撑结构；

所述屏栅和加速栅均为环形，屏栅和加速栅端面的横截面均为凸起的弧形；

所述组合式屏栅支撑结构包括外环、内环、弧形加强筋及耳片；所述弧形加强筋的数量为八根，八根弧形加强筋一端分别通过焊接与外环连接，另一端分别通过焊接与内环连接，八根弧形加强筋环形均布在外环及内环上；所述耳片的数量为多个，多个耳片分别采用焊接均匀环布在内环和外环上；

所述组合式加速栅支撑结构包括外环、内环、弧形加强筋及凸片；所述弧形加强筋的数量为八根，八根弧形加强筋一端分别通过焊接与外环连接，另一端分别通过焊接与内环连接，八根弧形加强筋环形均布在外环及内环上；所述凸片的数量为多个，多个凸片分别采用焊接均匀环布在内环和外环上；

所述屏栅与组合式屏栅支撑结构贴合在一起，并通过焊接连接为一体，所述加速栅与组合式加速栅支撑结构贴合在一起，并通过焊接连接为一体；所述组合式加速栅支撑结构上的凸片与组合式屏栅支撑结构上的耳片的位置相对应，以使得能够采用螺钉固定组合式屏栅支撑结构和组合式加速栅支撑结构；所述第一绝缘陶瓷环及第二绝缘陶瓷环同轴设置于屏栅和加速栅之间，并通过螺杆、绝缘垫圈将第一绝缘陶瓷环及第二绝缘陶瓷环夹紧固定。

2.如权利要求1所述的环形离子推力器栅极组件，其特征是：所述耳片的数量为十八块，每块耳片上设有螺钉孔，螺钉孔内设有绝缘套，其中六块耳片采用焊接均匀布置在内环的内圈上，十二块耳片采用焊接均匀布置在外环的外圈上；所述凸片的数量为十八块，每块凸片上设有螺纹孔，其中六块凸片采用焊接均匀布置在内环的内圈上，十二块凸片采用焊接均匀布置在外环的外圈上。

3.如权利要求1所述的环形离子推力器栅极组件，其特征是：所述弧形加强筋的拱高分别与屏栅和加速栅的拱高相同。

4.如权利要求1所述的环形离子推力器栅极组件，其特征是：所述屏栅和加速栅的材质均为纯钼材料，所述组合式屏栅支撑结构、组合式加速栅支撑结构、弧形加强筋、耳片和凸片的材质均为TC4钛合金材质。

说明书

技术领域

本发明涉及航天器电推进领域，特别是一种环形离子推力器栅极组件。

背景技术

环形离子推力器是在近几年提出的一种全新在轨电推进方式，由于环形离子推力器具有大推力（1～2N），高比冲（＞4000s），高效率等优点，受到国际航天器电推进市场的青睐。

栅极组件是环形离子推力器束流离子加速及引出的关键部件，其结构主要包括：屏栅、绝缘陶瓷、加速栅以及支撑结构。通过加载在栅极（屏栅为2000V，加速栅为-450V）上的电压形成加速电场，将放电室内离子加速及引出从而产生推力。目前环形离子推力器栅极组件采用平面设计方案，即屏栅和加速栅均为平面结构，通过螺钉固定屏栅、绝缘陶瓷、加速栅和支撑结构。

由于环形离子推力器工作功率高（10kW～20kW）且口径较大（>50cm），工作过程中长期热量累积效应下，使得上述现有平面结构栅极组件容易发生较大的热形变，主要包括：屏栅和加速栅表面均出现不规则翘曲、褶皱等现象，且栅极间距大幅偏离初始设计值；同时螺钉固定方式的约束力变弱，对栅极组件的热稳定性存在潜在的危险。这将影响束流离子的加速及引出，并导致推力器的性能严重下降。因而为提高环形离子推力器的性能，需要对栅极组件的结构进行优化。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种环形离子推力器栅极组件，通过设置屏栅和加速栅均为凸面结构，且在组合式屏栅支撑结构和组合式加速栅支撑结构上均设置加强筋，并设置相对应的耳片和凸片，使得环形离子推力器栅极组件具有较强的抗热形变能力，且能够提高环形离子推力器栅极组件的结构强度。

本发明的技术方案是：环形离子推力器栅极组件，包括屏栅、加速栅、第一绝缘陶瓷环、第二绝缘陶瓷环、组合式屏栅支撑结构及组合式加速栅支撑结构。

所述屏栅和加速栅均为环形，屏栅和加速栅端面的横截面均为凸起的弧形。

所述组合式屏栅支撑结构包括外环、内环、弧形加强筋及耳片；所述弧形加强筋的数量为八根，八根弧形加强筋一端分别通过焊接与外环连接，另一端分别通过焊接与内环连接，八根弧形加强筋环形均布在外环及内环上。所述耳片的数量为多个，多个耳片分别采用焊接均匀环布在内环和外环上。

所述组合式加速栅支撑结构包括外环、内环、弧形加强筋及凸片；所述弧形加强筋的数量为八根，八根弧形加强筋一端分别通过焊接与外环连接，另一端分别通过焊接与内环连接，八根弧形加强筋环形均布在外环及内环上。所述凸片的数量为多个，多个凸片分别采用焊接均匀环布在内环和外环上。

所述屏栅与组合式屏栅支撑结构贴合在一起，并通过焊接连接为一体，所述加速栅与组合式加速栅支撑结构贴合在一起，并通过焊接连接为一体；所述组合式加速栅支撑结构上的凸片与组合式屏栅支撑结构上的耳片的位置相对应，以使得能够采用螺钉固定组合式屏栅支撑结构和组合式加速栅支撑结构；所述第一环绝缘陶瓷环及第二环绝缘陶瓷环同轴设置于屏栅和加速栅之间，并通过螺杆、绝缘垫圈将第一环绝缘陶瓷环及第二环绝缘陶瓷环夹紧固定。

本发明进一步的技术方案是：所述耳片的数量为十八块，每块耳片上设有螺钉孔，螺钉孔内设有绝缘套，其中六块耳片采用焊接均匀布置在内环的内圈上，十二块耳片采用焊接均匀布置在外环的外圈上；所述凸片的数量为十八块，每块凸片上设有螺纹孔，其中六块凸片采用焊接均匀布置在内环的内圈上，十二块凸片采用焊接均匀布置在外环的外圈上。

本发明再进一步的技术方案是：所述弧形加强筋的拱高分别与屏栅和加速栅的拱高相同。

本发明更进一步的技术方案是：所述屏栅和加速栅的材质均为纯钼材料，所述组合式屏栅支撑结构、组合式加速栅支撑结构和弧形加强筋的材质均为TC4钛合金材质。

本发明与现有技术相比具有如下特点：

1、本发明设置环形离子推力器栅极组件的屏栅和加速栅均为凸面结构，保证当栅极组件工作过程中受热膨胀时，热变形方向均为屏栅和加速栅的凸起方向，而不会发生翘曲、褶皱等现象，确保推力器工作过程中的等离子体引出顺利进行。

2、本发明采用与屏栅和加速栅结构相适应的带加强筋的组合式屏栅支撑结构和组合式加速栅支撑结构，加强筋能够约束栅极组件的变形，阻碍或减小栅极组件凸起方向的位移；且加强筋与栅极组件表面、栅极组件与组合式屏栅支撑结构和组合式加速栅支撑结构均采用焊焊接，相比原有内外圈螺钉固定的栅极组件，大幅增加了栅极组件的结构强度。

3、本发明组合式屏栅支撑结构和组合式加速栅支撑结构分别设有耳片和凸片，在受热膨胀后，耳片和凸片自身能够产生热变形，相比原有直接用螺钉约束方式，热应力造成的形变位移危害小，且耳片和凸片的设计相比原有固定环方式，降低了栅极组件的重量。

以下结合附图和具体实施方式对本发明的详细结构作进一步描述。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3为组合式屏栅支撑结构的结构示意图；

图4为图3的B-B剖视图；

图5为组合式加速栅支撑结构的结构示意图；

图6为图5的C-C剖视图；

图7为屏栅的结构示意图；

图8为图7的D-D剖视图。

具体实施方式

实施例，如图1-8所示，环形离子推力器栅极组件，包括屏栅1、加速栅2、第一绝缘陶瓷环3-1、第二绝缘陶瓷环3-2、组合式屏栅支撑结构4及组合式加速栅支撑结构5。

所述屏栅1为环形，其端面的横截面为凸起的弧形1-1，弧形1-1的拱高为h，h为5mm。

所述屏栅1的材质为纯钼材料。

所述加速栅2的结构与屏栅1的结构一样，材质也相同。

所述组合式屏栅支撑结构4包括外环4-1、内环4-2、弧形加强筋4-3及耳片4-4。所述弧形加强筋4-3的数量为八根，八根弧形加强筋4-3一端分别通过焊接与外环4-1连接，另一端分别通过焊接与内环4-2连接，八根弧形加强筋4-3环形均布在外环4-1及内环4-2上。所述耳片4-4的数量为十八块，每块耳片4-4上设有螺钉孔，螺钉孔内设有绝缘套4-5，其中六块耳片4-4采用焊接均匀布置在内环4-2的内圈上，十二块耳片4-4采用焊接均匀布置在外环4-1的外圈上。

所述组合式屏栅支撑结构4、弧形加强筋4-3和耳片4-4的材质均为TC4钛合金材质。

所述屏栅1与组合式屏栅支撑结构4贴合在一起，并通过焊接连接为一体，组合式屏栅支撑结构4上的弧形加强筋4-3不仅能够增强组合式屏栅支撑结构4应用过程中的结构强度，还能够减小屏栅1凸面方向的热形变位移。

所述组合式加速栅支撑结构5包括外环5-1、内环5-2、弧形加强筋5-3及凸片5-4。所述弧形加强筋5-3的数量为八根，八根弧形加强筋5-3一端分别通过焊接与外环5-1连接，另一端分别通过焊接与内环5-2连接，八根弧形加强筋5-3环形均布在外环5-1及内环5-2上。所述凸片5-4的数量为十八块，每块凸片5-4上设有螺纹孔，其中六块凸片5-4采用焊接均匀布置在内环5-2的内圈上，十二块凸片5-4采用焊接均匀布置在外环4-1的外圈上。

所述组合式加速栅支撑结构5、弧形加强筋5-3和凸片5-4的材质均为TC4钛合金材质。

所述加速栅2与组合式加速栅支撑结构5贴合在一起，并通过焊接连接为一体，组合式加速栅支撑结构5上的弧形加强筋不仅能够增强组合式加速栅支撑结构5应用过程中的结构强度，还能够减小加速栅2凸面方向的热形变位移。

所述组合式加速栅支撑结构5上的十八块凸片5-4与组合式屏栅支撑结构4上的十八块耳片4-4的位置相对应，耳片4-4和凸片5-4在受热膨胀后自身可产生一定的热形变，相较于原有的直接采用螺钉固定组合式屏栅支撑结构和组合式加速栅支撑结构，一方面降低了栅极组件的重量，另一方面提高了栅极组件的热稳定性。

整体安装时，将第一环绝缘陶瓷环3-1及第二环绝缘陶瓷环3-2同轴设置于屏栅1和加速栅2之间，并通过螺杆6、绝缘垫圈7将第一环绝缘陶瓷环3-1及第二环绝缘陶瓷环3-2夹紧固定，第一环绝缘陶瓷环3-1及第二环绝缘陶瓷环3-2用于屏栅1和加速栅2之间的绝缘支撑，防止在工作过程中屏栅1和加速栅2被高压击穿产生接触短路。

使用时，高压电压加载在栅极组件上，放电室中的束流离子依此通过屏栅1和加速栅2进行加速产生推力，放电室束流离子加速过程中积累的热量使得屏栅1和加速栅2发生热形变，由于屏栅1和加速栅2均为凸面结构，而且凸面方向一致，当积累的热量较多产生热形变时，栅极组件热形变的方向均为屏栅1和加速栅2的凸面方向，即热形变的方向集中在栅极组件的轴向方向，从而有效降低了栅极组件的径向形变，减少了栅极组件发生翘曲、褶皱等现象，确保环形离子推力器工作过程中的束流离子引出和加速的顺利进行，进而提高环形离子推力器的性能。

环形离子推力器栅极组件专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。