磁屏蔽霍尔推力器束流分布特性研究
发布时间：2021-06-08 20:28
随着空间电推进技术的发展和全电推卫星平台的提出,电推进技术受到空前瞩目。磁屏蔽霍尔推力器是霍尔推力器的优化产品,其独特的磁场位形及壁面匹配设计使得壁面侵蚀速率至少下降了2～3个数量级,在保证高比冲、高推力、高可靠性的前提下,大幅增加了推力器的寿命,极大拓宽了霍尔推力器的应用领域,具有广阔的应用前景。然而,由于其加速区没有壁面约束、径向电场力大等原因,磁屏蔽霍尔推力器羽流发散程度较严重,制约了其发展应用。基于此,本文对磁屏蔽霍尔推力器各羽流影响因素进行了仿真、实验,具体开展工作如下:首先,研究了磁力线倾斜方向对磁屏蔽霍尔推力器束流特性的影响。通过调整磁极法设计了磁力线内倾、平直、外倾的倾斜形貌,在实验数据的基础上进行仿真分析,并与传统霍尔推力器进行对比。仿真结果表明,磁力线内倾时,磁屏蔽霍尔推力器通道中心处离子密度更高,羽流发散程度小,放电性能更优。其次,研究了磁分界面形态对磁屏蔽霍尔推力器束流特性的影响。通过增设局部外壳的方法改变磁分界面形态,分别进行不同磁分界面形态、包含磁分界面与否的对比仿真。仿真结果表明,阴极边界距磁分界面越近,电子升温过程发生的越早,径向电场越小,推力器性能越好...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
霍尔推力器磁场内外示意图
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-4-要因素。因此，对羽流特性的研究迫在眉睫。1.2.国内外研究现状及分析1.2.1.磁屏蔽霍尔推力器羽流研究现状美国喷气推进实验室（JetPropulsionLaboratory，JPL）于2010年提出磁屏蔽霍尔推力器概念，并于2012年公布了磁屏蔽霍尔推力器的性能[9]，文章中对传统霍尔推力器H6以及在H6基础上设计的磁屏蔽霍尔推力器H6MS进行了法拉第探针诊断，并以95%离子电流计算了羽流发散半角。实验测得，磁屏蔽H6MS型号羽流发散半角为20°，而无磁屏蔽的H6推力器羽流发散半角为15°，磁屏蔽型号羽流发散半角相对于非磁屏蔽增大了34%。在RyanWilliamConversano的博士论文中，给出了JPL与UCLA（加州大学洛杉矶分校）联合研制的磁屏蔽霍尔推力器MaSMi-40、MaSMi-60的性能参数[14]。其中，法拉第探针诊断计算得到MaSMi-40推力器95%离子电流的羽流发散半角为43°，大羽流发散角可能是由于通道电离区上游磁场不对称的原因导致的；且该推力器存在过热现象，在过热时，磁场区域导磁系数降低，电离区会向通道上游移动，通道电离区上游磁场不对称现象愈发严重，羽流与壁面相互影响，导致性能会进一步下降，羽流发散半角达到48°。图1-3H6MS推力器电子温度分布图1-4MaSMi-60推力器电子温度分布积累了MaSMi-40的经验后，在此基础上进行优化，设计了一款新的磁屏蔽霍尔推力器MaSMi-60。实验测得在不同工况下工作时，MaSMi-60的羽流发散半角为31°~34°，羽流发散性能相较于MaSMi-40已有较大提高，但其羽流发散半角相比于H6MS的20°仍然偏高。根据热化电势假设，电子温度的分界线与磁力线重合，因此从图1-3、图1-4的电子温度分布中可以看出，MaSMi-60推力器出
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-4-要因素。因此，对羽流特性的研究迫在眉睫。1.2.国内外研究现状及分析1.2.1.磁屏蔽霍尔推力器羽流研究现状美国喷气推进实验室（JetPropulsionLaboratory，JPL）于2010年提出磁屏蔽霍尔推力器概念，并于2012年公布了磁屏蔽霍尔推力器的性能[9]，文章中对传统霍尔推力器H6以及在H6基础上设计的磁屏蔽霍尔推力器H6MS进行了法拉第探针诊断，并以95%离子电流计算了羽流发散半角。实验测得，磁屏蔽H6MS型号羽流发散半角为20°，而无磁屏蔽的H6推力器羽流发散半角为15°，磁屏蔽型号羽流发散半角相对于非磁屏蔽增大了34%。在RyanWilliamConversano的博士论文中，给出了JPL与UCLA（加州大学洛杉矶分校）联合研制的磁屏蔽霍尔推力器MaSMi-40、MaSMi-60的性能参数[14]。其中，法拉第探针诊断计算得到MaSMi-40推力器95%离子电流的羽流发散半角为43°，大羽流发散角可能是由于通道电离区上游磁场不对称的原因导致的；且该推力器存在过热现象，在过热时，磁场区域导磁系数降低，电离区会向通道上游移动，通道电离区上游磁场不对称现象愈发严重，羽流与壁面相互影响，导致性能会进一步下降，羽流发散半角达到48°。图1-3H6MS推力器电子温度分布图1-4MaSMi-60推力器电子温度分布积累了MaSMi-40的经验后，在此基础上进行优化，设计了一款新的磁屏蔽霍尔推力器MaSMi-60。实验测得在不同工况下工作时，MaSMi-60的羽流发散半角为31°~34°，羽流发散性能相较于MaSMi-40已有较大提高，但其羽流发散半角相比于H6MS的20°仍然偏高。根据热化电势假设，电子温度的分界线与磁力线重合，因此从图1-3、图1-4的电子温度分布中可以看出，MaSMi-60推力器出
【参考文献】：
期刊论文
[1]空间电推进应用及技术发展趋势[J]. 田立成,王小永,张天平. 火箭推进. 2015(03)
[2]电推进技术的研究应用现状及其发展趋势[J]. 张郁. 火箭推进. 2005(02)
[3]电推进研究的技术状态和发展前景[J]. 毛根旺,韩先伟,杨涓,何洪庆. 推进技术. 2000(05)
博士论文
[1]霍尔推力器放电过程的光谱特性及光谱诊断方法研究[D]. 颜世林.哈尔滨工业大学 2019
[2]霍尔推力器寿命周期内电子近壁传导特性研究[D]. 李鸿.哈尔滨工业大学 2011
[3]大高径比霍尔推力器的理论与实验研究[D]. 李杰.哈尔滨工业大学 2011
[4]氪工质霍尔推力器等离子体束聚焦理论与实验研究[D]. 宁中喜.哈尔滨工业大学 2009
[5]霍尔推力器电子运动行为的数值模拟[D]. 刘辉.哈尔滨工业大学 2009
硕士论文
[1]基于粒子方法的霍尔推力器放电特性数值模拟研究[D]. 高志勇.哈尔滨工业大学 2018
[2]变截面通道霍尔推力器等离子体束聚焦机理研究[D]. 张世强.哈尔滨工业大学 2011
本文编号：3219145
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
霍尔推力器磁场内外示意图
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-4-要因素。因此，对羽流特性的研究迫在眉睫。1.2.国内外研究现状及分析1.2.1.磁屏蔽霍尔推力器羽流研究现状美国喷气推进实验室（JetPropulsionLaboratory，JPL）于2010年提出磁屏蔽霍尔推力器概念，并于2012年公布了磁屏蔽霍尔推力器的性能[9]，文章中对传统霍尔推力器H6以及在H6基础上设计的磁屏蔽霍尔推力器H6MS进行了法拉第探针诊断，并以95%离子电流计算了羽流发散半角。实验测得，磁屏蔽H6MS型号羽流发散半角为20°，而无磁屏蔽的H6推力器羽流发散半角为15°，磁屏蔽型号羽流发散半角相对于非磁屏蔽增大了34%。在RyanWilliamConversano的博士论文中，给出了JPL与UCLA（加州大学洛杉矶分校）联合研制的磁屏蔽霍尔推力器MaSMi-40、MaSMi-60的性能参数[14]。其中，法拉第探针诊断计算得到MaSMi-40推力器95%离子电流的羽流发散半角为43°，大羽流发散角可能是由于通道电离区上游磁场不对称的原因导致的；且该推力器存在过热现象，在过热时，磁场区域导磁系数降低，电离区会向通道上游移动，通道电离区上游磁场不对称现象愈发严重，羽流与壁面相互影响，导致性能会进一步下降，羽流发散半角达到48°。图1-3H6MS推力器电子温度分布图1-4MaSMi-60推力器电子温度分布积累了MaSMi-40的经验后，在此基础上进行优化，设计了一款新的磁屏蔽霍尔推力器MaSMi-60。实验测得在不同工况下工作时，MaSMi-60的羽流发散半角为31°~34°，羽流发散性能相较于MaSMi-40已有较大提高，但其羽流发散半角相比于H6MS的20°仍然偏高。根据热化电势假设，电子温度的分界线与磁力线重合，因此从图1-3、图1-4的电子温度分布中可以看出，MaSMi-60推力器出
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-4-要因素。因此，对羽流特性的研究迫在眉睫。1.2.国内外研究现状及分析1.2.1.磁屏蔽霍尔推力器羽流研究现状美国喷气推进实验室（JetPropulsionLaboratory，JPL）于2010年提出磁屏蔽霍尔推力器概念，并于2012年公布了磁屏蔽霍尔推力器的性能[9]，文章中对传统霍尔推力器H6以及在H6基础上设计的磁屏蔽霍尔推力器H6MS进行了法拉第探针诊断，并以95%离子电流计算了羽流发散半角。实验测得，磁屏蔽H6MS型号羽流发散半角为20°，而无磁屏蔽的H6推力器羽流发散半角为15°，磁屏蔽型号羽流发散半角相对于非磁屏蔽增大了34%。在RyanWilliamConversano的博士论文中，给出了JPL与UCLA（加州大学洛杉矶分校）联合研制的磁屏蔽霍尔推力器MaSMi-40、MaSMi-60的性能参数[14]。其中，法拉第探针诊断计算得到MaSMi-40推力器95%离子电流的羽流发散半角为43°，大羽流发散角可能是由于通道电离区上游磁场不对称的原因导致的；且该推力器存在过热现象，在过热时，磁场区域导磁系数降低，电离区会向通道上游移动，通道电离区上游磁场不对称现象愈发严重，羽流与壁面相互影响，导致性能会进一步下降，羽流发散半角达到48°。图1-3H6MS推力器电子温度分布图1-4MaSMi-60推力器电子温度分布积累了MaSMi-40的经验后，在此基础上进行优化，设计了一款新的磁屏蔽霍尔推力器MaSMi-60。实验测得在不同工况下工作时，MaSMi-60的羽流发散半角为31°~34°，羽流发散性能相较于MaSMi-40已有较大提高，但其羽流发散半角相比于H6MS的20°仍然偏高。根据热化电势假设，电子温度的分界线与磁力线重合，因此从图1-3、图1-4的电子温度分布中可以看出，MaSMi-60推力器出
【参考文献】：
期刊论文
[1]空间电推进应用及技术发展趋势[J]. 田立成,王小永,张天平. 火箭推进. 2015(03)
[2]电推进技术的研究应用现状及其发展趋势[J]. 张郁. 火箭推进. 2005(02)
[3]电推进研究的技术状态和发展前景[J]. 毛根旺,韩先伟,杨涓,何洪庆. 推进技术. 2000(05)
博士论文
[1]霍尔推力器放电过程的光谱特性及光谱诊断方法研究[D]. 颜世林.哈尔滨工业大学 2019
[2]霍尔推力器寿命周期内电子近壁传导特性研究[D]. 李鸿.哈尔滨工业大学 2011
[3]大高径比霍尔推力器的理论与实验研究[D]. 李杰.哈尔滨工业大学 2011
[4]氪工质霍尔推力器等离子体束聚焦理论与实验研究[D]. 宁中喜.哈尔滨工业大学 2009
[5]霍尔推力器电子运动行为的数值模拟[D]. 刘辉.哈尔滨工业大学 2009
硕士论文
[1]基于粒子方法的霍尔推力器放电特性数值模拟研究[D]. 高志勇.哈尔滨工业大学 2018
[2]变截面通道霍尔推力器等离子体束聚焦机理研究[D]. 张世强.哈尔滨工业大学 2011
本文编号：3219145
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