[0001] 本发明涉及一种基于紫外线电离空气的针‑筒式离子风推力装置，涉及临近空间电推进领域。

[0002] 离子风推力器具有低噪声、低功耗、无需自携带推进剂和无运动部件等特点，在临近空间电推进领域具有广泛的应用价值，离子风推力装置工作包括粒子的电离过程及加速过程，传统的离子风推力器是一种基于电晕放电的离子风效应，带电粒子在放电空间的电场的作用下加速并与中性粒子碰撞发生能量交换，引发宏观的离子风运动，因此需要的激励电压较高，空气的电离程度较低，产生的离子风强度较低，且无法对推力矢量进行控制。

[0030] 为了更好的说明本发明的目的与优点，下面结合附图和实例对发明内容做进一步说明。

[0031] 如图1所示，本实施例公开的一种基于紫外线电离空气的针‑筒式离子风推力装置。主要由针状电极1、筒状电极2、紫外线发生器3、推力矢量控制装置4、第一绝缘外壳5、第二绝缘外壳6和绝缘喷口7构成；

[0032] 针状电极1为圆柱状，材质为黄铜，直径1.5mm，长24mm，末端为圆锥状，圆锥曲率较小；筒状电极2由两段组成且呈同轴状，第一段电极为齿状电极，外直径25mm，基圆直径10mm，齿厚3mm，由12个内径为1.3mm的圆齿组成；第二段电极为外直径25mm,壁厚3mm，长度
14mm的光滑圆筒，圆筒内部焊接有内直径10mm，厚度1.5mm的平焊法兰，法兰内部布置有四个螺纹孔以方便连接推力矢量控制装置，第二段电极末端内侧与外侧均有螺纹，方便与安装绝缘喷口；紫外线发生器3为直径为5mm的圆弧型紫外线灯，圆弧直径为25mm，圆弧型紫外线灯的轴心与针状电极的轴线重合；推力矢量控制装置4由四个直径为2.5mm的圆管式电磁铁构成，电磁铁线圈匝数为300匝，线圈内阻1Ω，线圈电感1.2mH；第一绝缘外壳为正方形框架，框架长度为88mm，宽度为4mm，厚度为4mm，材质为玻璃纤维，框架内部安装有圆柱形凹槽，圆柱形凹槽外直径32mm，高12mm，壁厚2mm，凹槽中心打孔以固定针状电极1，紫外线发生器3固定在凹槽内；第二绝缘外壳与第一绝缘外壳类似，框架尺寸相同，不同在于内部安装为圆环，圆环外直径为32mm，内直径为26mm，高度为4mm，圆环内部安装有螺纹方便与筒状电极2相连；绝缘喷口7为厚度一定且轴向截面圆环直径逐渐减小、径向截面为等腰梯形的喇叭状，其长度为20mm，厚度为2mm，较小端内直径为20mm，较大端内直径为12mm，材质为玻璃纤维，绝缘喷口顶部外侧有螺纹与筒状电极末端内侧相连。

[0033] 第一绝缘外壳5固定于第二绝缘外壳6下方，二者保持间距；第一绝缘外壳5中心位置安装针状电极1；紫外线发生器3置于第一绝缘外壳5上，且安装高度低于针状电极1的高度；第二绝缘外壳6中心位置安装内置尖齿的筒状电极2，推力矢量控制装置4固定在筒状电极2内部，且位于电极极片上方；绝缘喷口7固定安装在筒状电极2上方；

[0034] 紫外线发生器3放出紫外线，紫外线具有较高的能量，能够激发空气分子中的电子跃迁到更高能级，产生带电粒子，带电粒子进入电场会被加速，电子会与中性粒子结合再次形成带电粒子，针状电极1和筒状电极2在高压直流电的作用下将空气电离产生带电粒子，两者电离产生的带电粒子一同进入放电空间并被加速，途中和中性分子发生碰撞产生离子风。由于筒状电极2的上端内部有尖齿，齿状电极和线性阴极之间更加容易产生尖端放电，更加容易将空气中的气体分子电离紫外线发生器3产生的紫外线可以有效增加初始带电粒子的数量，增强离子风强度。

[0035] 本实施例公开的一种基于紫外线电离空气的针‑筒式离子风推力装置，由于传统离子风装置的外加激励电压较高，需要的供电电源的体积和重量较大，所需的技术门槛和安全隐患较高，紫外线发生器3放出紫外线，激发空气分子中的电子跃迁到更高能级，产生带电粒子，紫外线发生器3激发空气产生的带电粒子与离子风推力器产生的带电粒子相结合，有效降低产生离子风装置所需的激励电压，提高了安全性，降低了技术门槛，有利于离子风装置朝着轻量化方向发展，增强离子风强度。

[0036] 本实施例公开的一种基于紫外线电离空气的针‑筒式离子风推力装置，采用针状电极1和筒状电极2，针状电极1与筒状电极2之间构成放电空间，在极高的外加电压下，针状电极1附近产生尖端放电现象，针状电极1附近的电场强度极高，将介质气体电离产生电子，电子与中性气体分子结合形成带电粒子。带电粒子与空气中的中性粒子发生碰撞，引发离子风。由于筒状电极2的上端内部有尖齿，齿状电极和针状电极1之间更加容易产生尖端放电，更加容易将空气中的气体分子电离，降低了电离电源的启动电压，产生带电粒子，降低了电离电源的启动电压，同时齿状电极可以使电极间的电场与电流更加均匀，离子风推力装置采用高压直流电供电。所述绝缘喷口7布置于筒状电极2外侧，为厚度一定且轴向截面圆环直径逐渐减少、径向截面为等边梯形的喇叭状，为收缩喷管状，当离子风气流流入喷口时，在保证质量流量不变时，运用空气动力学原理，在截面面积变小时。空气的压强会增高，离子风速度会增大。

[0037] 图4为推力矢量控制装置4在平面坐标系内示意图。

[0038] 本实施例公开的一种基于紫外线电离空气的针‑筒式离子风推力装置推力矢量控制方法为：推力矢量控制装置4布置在筒状电极2内侧，推力矢量控制装置4由至少四个等匝数电磁铁构成，等匝数电磁铁关于底座框架中心对称。具体控制方法如下：以四个等匝数电磁铁构成的推力矢量控制装置4为例，紫外线电离产生的带电粒子和离子风推力器产生的带电粒子与空气中的中性粒子碰撞产生新的带电粒子。通过改变特定位置的电磁铁内的电流大小和方向，改变此位置的磁场分布，当带电粒子进入磁场后，带电粒子的运动轨迹发生转移，所述紫外线电离产生的带电粒子和所述离子风推力器产生的带电粒子与空气中的中性粒子的碰撞路径发生改变，新的带电粒子在电场力和洛伦兹力的共同作用下运动轨迹发生偏转，造成离子风推力方向发生偏移，达到控制离子风推力矢量的目的，若想推力器推力矢量向x轴负方向偏转，需要提高x轴负方向的磁场强度或相对降低其他方向的磁场强度，由于采用的是等匝数的电磁铁，磁场强度只与通过电磁铁的电流大小和方向有关，当提高通过x轴负方向电磁铁的电流强度时，电磁铁产生的磁场强度增大，在洛伦兹力的作用下，带电粒子经过附近之后发生的偏转加剧，带电粒子和中性粒子的碰撞路径也发生改变，产生的离子风推力会向x轴负方向偏移；当在x轴负方向的电磁铁内通入反方向的电流时，x轴负方向位置的磁场会发生反转，带电粒子经过附近之后发生的偏转加剧，带电粒子和中性粒子的碰撞路径也发生改变，产生的离子风推力亦会向x轴负方向偏移，同理，为控制离子风推力矢量向y轴正方向偏转，只需加大y轴正方向位置电磁铁的电流大小或通入与其他位置相反方向的电流，实现推力器推力矢量向y轴负方向偏转。

[0039] 以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。