本發(fā)明屬于航天空間電推進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多環(huán)發(fā)射面百安級(jí)空心陰極。

背景技術(shù)：

空心陰極是離子和霍爾等電推進(jìn)的電子源器件，屬于單點(diǎn)失效組件，其性能和壽命退化，直接影響著電推進(jìn)系統(tǒng)的效率和壽命。未來(lái)開(kāi)展深空載人、深空貨運(yùn)和大型地球軌道航天器天基服務(wù)平臺(tái)需要大推力高比沖的電推進(jìn)作為動(dòng)力支持，因此，長(zhǎng)壽命高效率的百安級(jí)空心陰極是不可或缺的關(guān)鍵組件，急需設(shè)計(jì)這種空心陰極。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種多環(huán)發(fā)射面百安級(jí)空心陰極，能夠滿(mǎn)足百千瓦級(jí)電推進(jìn)對(duì)大發(fā)射電流空心陰極的需求，具有熱效率高、長(zhǎng)壽命的特點(diǎn)。

本發(fā)明是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種多環(huán)發(fā)射面百安級(jí)空心陰極，包括：陰極頂、陰極支撐管、熱屏外套、發(fā)射體外環(huán)、發(fā)射體內(nèi)環(huán)、熱屏內(nèi)嵌、石墨隔熱組件、鎧裝加熱絲及加熱絲固定件；

所述陰極頂由外圓環(huán)和內(nèi)圓柱組成；

所述石墨隔熱組件由隔熱板和隔熱環(huán)對(duì)接后形成中空的柱形結(jié)構(gòu)，所述隔熱板上加工有沿其周向均勻分布的通孔；

所述熱屏內(nèi)嵌由展開(kāi)后為平面的more箔筒a及展開(kāi)后為波浪形的more箔筒b組成；more箔筒a和more箔筒b間隔層疊套裝成圓筒狀結(jié)構(gòu)；

發(fā)射體外環(huán)內(nèi)圓周面和發(fā)射體內(nèi)環(huán)外圓周面均為電子發(fā)射面；

整體連接關(guān)系如下：所述發(fā)射體外環(huán)套裝在陰極支撐管的內(nèi)圓周面上，陰極頂?shù)耐鈭A環(huán)和石墨隔熱組件分別同軸安裝在陰極支撐管內(nèi)，并分別位于發(fā)射體外環(huán)的兩端；發(fā)射體內(nèi)環(huán)同軸安裝在發(fā)射體外環(huán)內(nèi)，其一端與石墨隔熱組件的隔熱板固定連接，另一端與石墨陰極頂?shù)膬?nèi)圓柱固定連接；其中，陰極頂?shù)耐鈭A環(huán)與內(nèi)圓柱之間的環(huán)形腔和隔熱板上的通孔均與發(fā)射體外環(huán)和發(fā)射體內(nèi)環(huán)之間的環(huán)形空腔相貫通；

鎧裝加熱絲的一端焊接在陰極管頂端后螺旋纏繞在陰極支撐管內(nèi)裝有發(fā)射體外環(huán)處的外圓周面上，另一端通過(guò)加熱絲固定件固定在陰極支撐管外部；熱屏內(nèi)嵌套裝在安裝有鎧裝加熱絲的陰極支撐管的外圓周面上；熱屏外套套裝在熱屏內(nèi)嵌的外圓周面。

進(jìn)一步的，所述陰極頂?shù)牟牧喜捎檬?/p>

進(jìn)一步的，所述石墨隔熱組件的隔熱板上的通孔個(gè)數(shù)為兩個(gè)或四個(gè)。

進(jìn)一步的，所述發(fā)射體外環(huán)和發(fā)射體內(nèi)環(huán)均采用單晶lab6材料。

進(jìn)一步的，在發(fā)射體內(nèi)環(huán)的環(huán)孔中安裝有連接桿，石墨隔熱組件的隔熱板和墨陰極頂?shù)膬?nèi)圓柱分別通過(guò)與連接桿的兩端連接，進(jìn)而安裝在發(fā)射體內(nèi)環(huán)的兩端。

有益效果：(1)本發(fā)明的發(fā)射體外環(huán)和發(fā)射體內(nèi)環(huán)作為電子源，通過(guò)采用多環(huán)發(fā)射面，與相同尺寸的空心陰極對(duì)比，提高了空心陰極電子發(fā)射面積，在相同發(fā)射電流下降低了空心陰極發(fā)射體表面的電子發(fā)射密度，發(fā)射體電子發(fā)射密度的降低可以延長(zhǎng)發(fā)射體工作壽命，提高了百安級(jí)大發(fā)射電流空心陰極結(jié)構(gòu)集成度和發(fā)射效率；且發(fā)射體內(nèi)環(huán)散熱面面向放電腔體，可以提高空心陰極的熱效率。

(2)本發(fā)明的熱屏內(nèi)嵌采用平面more箔筒及波浪形more箔筒，有效延長(zhǎng)了熱量的軸向和徑向擴(kuò)散路徑，進(jìn)一步阻止了熱擴(kuò)散效應(yīng)，提高了大發(fā)射電流空心陰極熱效率。

(3)本發(fā)明的發(fā)射體外環(huán)和發(fā)射體內(nèi)環(huán)采用單晶lab6材料，由于材料本體無(wú)污染，有效提高了空心陰極電子發(fā)射穩(wěn)定性和服役壽命。

(4)本發(fā)明的陰極頂采用高純高密度的石墨，有效提高了陰極頂?shù)哪碗x子轟擊濺射能力，有效提高了空心陰極的壽命。

(5)本發(fā)明的空心陰極作為電子發(fā)射源，可拓展用于各類(lèi)大功率微波電子器件、電子束加工等設(shè)備或領(lǐng)域。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)組成圖。

圖2為本發(fā)明熱屏內(nèi)嵌的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明的發(fā)射體外環(huán)和發(fā)射體內(nèi)環(huán)的主視圖。

圖4為本發(fā)明的發(fā)射體外環(huán)和發(fā)射體內(nèi)環(huán)的左視圖。

其中，1-陰極頂，2-陰極支撐管，3-熱屏外套，4-發(fā)射體外環(huán)，5-發(fā)射體內(nèi)環(huán)，6-熱屏內(nèi)嵌，7-石墨隔熱組件，8-鎧裝加熱絲，9-加熱絲固定件。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。

本發(fā)明提供了一種多環(huán)發(fā)射面百安級(jí)空心陰極，參見(jiàn)附圖1，包括：陰極頂1、陰極支撐管2、熱屏外套3、發(fā)射體外環(huán)4、發(fā)射體內(nèi)環(huán)5、熱屏內(nèi)嵌6、石墨隔熱組件7、鎧裝加熱絲8及加熱絲固定件9；

所述陰極頂1由外圓環(huán)和內(nèi)圓柱組成，其材料采用高純高密度的石墨；

所述石墨隔熱組件7由隔熱板和隔熱環(huán)對(duì)接后形成中空的柱形結(jié)構(gòu)，所述隔熱板上加工有沿其周向均勻分布的通孔，隔熱板上的通孔與隔熱環(huán)的空心部分相通；所述通孔個(gè)數(shù)為兩個(gè)或四個(gè)；

參見(jiàn)附圖2，所述熱屏內(nèi)嵌6由展開(kāi)后的平面的more(鉬錸)箔筒a及展開(kāi)后的波浪形的more箔筒b組成；more箔筒a和more箔筒b間隔層疊套裝成圓筒狀結(jié)構(gòu)；圓筒狀結(jié)構(gòu)層間形成的空隙延長(zhǎng)了熱量沿其徑向和軸向的傳導(dǎo)路徑，減少了所述空心陰極工作時(shí)的熱量損失，提高了空心陰極的熱效率；

參見(jiàn)附圖3-4，所述發(fā)射體外環(huán)4和發(fā)射體內(nèi)環(huán)5均采用單晶lab6材料，發(fā)射體外環(huán)4內(nèi)圓周面和發(fā)射體內(nèi)環(huán)5外圓周面均為電子發(fā)射面，使得所述空心陰極在相同空心陰極外徑尺寸下，可以增加空心陰極電子發(fā)射面積，相比傳統(tǒng)空心陰極結(jié)構(gòu)可以提高空心陰極結(jié)構(gòu)集成度和熱效率，由于發(fā)射面積的增加，在相同發(fā)射電流下較傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)空心陰極可以降低發(fā)射體電子發(fā)射密度，提高空心陰極壽命；

整體連接關(guān)系如下：所述發(fā)射體外環(huán)4同軸套裝在陰極支撐管2的內(nèi)圓周面上，陰極頂1的外圓環(huán)和石墨隔熱組件7分別同軸安裝在陰極支撐管2內(nèi)，并分別位于發(fā)射體外環(huán)4的兩端；發(fā)射體內(nèi)環(huán)5同軸安裝在發(fā)射體外環(huán)4內(nèi)，其一端與石墨隔熱組件7的隔熱板固定連接，另一端與墨陰極頂1的內(nèi)圓柱固定連接；其中，陰極頂1的外圓環(huán)與內(nèi)圓柱之間的環(huán)形腔和隔熱板上的通孔均與發(fā)射體外環(huán)4和發(fā)射體內(nèi)環(huán)5之間的環(huán)形空腔相貫通；

鎧裝加熱絲8的一端焊接在陰極管頂端后螺旋纏繞在陰極支撐管2內(nèi)裝有發(fā)射體外環(huán)4處的外圓周面上，另一端通過(guò)加熱絲固定件9固定在陰極支撐管2外部；熱屏內(nèi)嵌6套裝在安裝有鎧裝加熱絲8的陰極支撐管2的外圓周面上；熱屏外套3套裝在熱屏內(nèi)嵌6的外圓周面；

在本實(shí)施例中，發(fā)射體內(nèi)環(huán)5的環(huán)孔中安裝有連接桿，石墨隔熱組件7的隔熱板和墨陰極頂1的內(nèi)圓柱分別通過(guò)與連接桿的兩端連接，進(jìn)而安裝在發(fā)射體內(nèi)環(huán)5的兩端；石墨陰極頂1的內(nèi)圓柱與連接桿螺紋連接。

工作原理：一定流率的工質(zhì)氣體(高純氙氣)從陰極支撐管2注入到發(fā)射體外環(huán)4和發(fā)射體內(nèi)環(huán)5之間的環(huán)形空腔中，通過(guò)鎧裝加熱絲8對(duì)發(fā)射體外環(huán)4和發(fā)射體內(nèi)環(huán)5預(yù)熱，當(dāng)發(fā)射體外環(huán)4被加熱到設(shè)定溫度后(lab6材料通常被加熱到1500℃以上，具備電子發(fā)射能力)，在陰極頂1和外部的觸持極之間施加高壓脈沖，高壓脈沖將陰極頂1與觸持極之間的工質(zhì)氣體擊穿實(shí)現(xiàn)氣體放電，氣體放電效應(yīng)進(jìn)一步擴(kuò)展到發(fā)射體外環(huán)4和發(fā)射體內(nèi)環(huán)5之間的環(huán)形空腔內(nèi)，實(shí)現(xiàn)發(fā)射體外環(huán)4和發(fā)射體內(nèi)環(huán)5之間的環(huán)形空腔內(nèi)的工質(zhì)氣體的放電，點(diǎn)火成功后停止鎧裝加熱絲8的加熱，此時(shí)發(fā)射體外環(huán)4和發(fā)射體內(nèi)環(huán)5、陰極頂1和陰極支撐管2為地電位，外部的觸持極為正電位，能夠不斷從發(fā)射體外環(huán)4和發(fā)射體內(nèi)環(huán)5之間的環(huán)形空腔(即發(fā)射體放電區(qū)域)引出電子，空心陰極發(fā)射電子的同時(shí)，等離子體中的離子不斷轟擊到比其電位低的發(fā)射體外環(huán)4和發(fā)射體內(nèi)環(huán)5的表面，因此，能夠?qū)l(fā)射體外環(huán)4和發(fā)射體內(nèi)環(huán)5維持在電子發(fā)射溫度，不需再通過(guò)鎧裝加熱絲8加熱。工程應(yīng)用中，根據(jù)所需的電子電流，在觸持極下游區(qū)域施加一定的電壓即可引出所需的電子電流。

綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。