离子推进器空心阴极PIC/MCC模拟研究
发布时间：2021-08-07 15:50
离子推进器具有高比冲、低推力、寿命长等优点,目前被广泛运用于深空探测、卫星姿态调整等领域。空心阴极作为离子推进器的核心组件之一,其性能影响着整个离子推进器的性能。随着电推进技术的发展,空心阴极逐渐成为研究热点之一。常见的空心阴极研究方法可以分为理论研究、实验研究和数值研究。随着计算机技术的蓬勃发展,数值研究方法逐渐成为空心阴极研究领域十分重要的一种方法。PIC/MCC方法能够对空心阴极中的物理问题进行细致和准确的刻画,能够同时从微观和宏观两个角度很好地描述空心阴极等离子体行为特性,因此PIC/MCC方法在空心阴极研究领域有其独特的优势。截至目前为止,采用PIC/MCC方法对工作在稳态下的空心阴极展开的研究较多,但是对空心阴极的电离等时域特性研究较少。本文基于空心阴极电离过程物理机制研究需求,发展及应用了二维PIC/MCC算法,编写了离子推进器空心阴极二维求解器,对空心阴极电离过程进行了数值模拟和物理分析。本论文的研究工作包括:1.概述了电推进的发展历史以及离子推进器的工作原理,阐述了空心阴极的应用背景和研究价值。解释了空心阴极的工作原理,介绍了常见的空心阴极研究方法以及国内外在空心阴极...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
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应以及离子碰撞对??空心阴极的加热效应。，除了能模拟空心阴极电势分布，等离子体密度分布等二维??特性外，该模型还能计算发射体溅射腐蚀速率＃预测发射体的寿命。??阴极管?鞘层?发射体??＿?ｉ?＿?１?＿?！?＿??加入电子?２Ｓｍｍ?ｊ明??Ｘｅ推进剂丨?Ｉ极??广丨?发射体区?？?＋?电离碰撞，电荷交换碰?６ｍ叫顶??Ｒ方向ｊ?－?＋?一?撞、激发碰撞、三体复合?｜板??丨入口边界?５４撞等?Ｌ??１１?ＰＪ?１．５ｍｍ??＾?？?Ｚ方向??图１－６北京航空航天大学曹帅等人使用的ＰＩＣ／ＭＣＣ模型［５８］??２０１６年，北京航空航天大学的曹帅等人根据ＪＰＬ实验室对空心阴极流体实验??７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]热屏对离子推力器空心阴极性能影响研究[J]. 杨威,张天平,郭宁,刘明正,谷增杰. 工程热物理学报. 2019(06)
[2]1542天! 小行星探测器隼鸟2号终入“龙宫”[J]. 李琦. 今日科苑. 2019(03)
[3]原子氧环境对空心阴极影响的地面模拟试验研究[J]. 冯杰,刘明正,王彦龙,陈新伟,王蒙,杨俊泰,田立成. 航天器环境工程. 2018(03)
[4]离子推力器空心阴极分区均布模型研究[J]. 谷增杰,郭宁,贾艳辉,谢侃,杨威,冯杰,孙运奎. 推进技术. 2017(08)
[5]实践十三号卫星成功发射 开启中国通信卫星高通量时代[J]. 王旭. 中国航天. 2017(05)
[6]大功率等离子体电推进研究进展[J]. 杭观荣,梁伟,张岩,康小录. 载人航天. 2016(02)
[7]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)
[8]兰州空间技术物理研究所电推进新进展[J]. 张天平. 火箭推进. 2015(02)
[9]日本隼鸟号小行星探测器起死回生[J]. 羽子. 国际太空. 2011(01)
[10]N2空心阴极放电向微空心阴极放电转变的PIC/MC模拟[J]. 张连珠,孟秀兰,田中涛,高书霞,赵书霞. 核聚变与等离子体物理. 2010(02)
博士论文
[1]脉冲等离子体推力器设计与性能的理论与实验研究[D]. 李自然.国防科学技术大学 2008
硕士论文
[1]无热子空心阴极研究[D]. 魏辉.电子科技大学 2013
[2]自持空心阴极双鞘层数值模拟及热分析[D]. 王颖.哈尔滨工业大学 2010
[3]电推力器空心阴极双鞘层数值模拟[D]. 冯亮.哈尔滨工业大学 2009
本文编号：3328083
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－４?ＩＲ０ｒＣａ２Ｄ数值模拟计算模型＿??
ｒｙ￣?￣—ｉ＾１?ｉ??＿?７ｌ．＼?Ｕｐｓｔｒｅａｍ?ｏｆ?＊?Ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ?ｏｆ?．??＇?＇?ｏｒｉｆｉｃｅ?ｅｎｔｒａｎｃｅ????ｏｎｆｉ＆ｅ?ｅｎｔｒａｎ＆ｅ?）??Ｉｎｌｅｔ?Ｂｏｕｎｄａｒｙ?４?Ｊ＂?／＼??［?／?Ｐｌａｎａｒ??／＿?＊?Ａｎｏｄｅ?丨??ＣＯＭＰＵＴＡＴＩＯＮＡＬ?ＲＥＧＩＯＮ?ＯＦ?＼?Ｌｉ?Ｉ??０ｒＣａ２Ｄ?Ｉ?１??Ｌ?＾?」??Ｏｕｔｇｏｉｎｇ?Ｆｌｏｗ??Ｂｏｕｎｄａｒｙ??图１－５?０ｒＣａ２Ｄ数值模拟计算楱型［４７］??２００６年，该模型改进了计算网格，触持极边界条件，中性气体模型，将传统??的意线划分网格修改为Ｅ线和曲线的混合网格，使＃模型的计算精度和效率都得??到了显著地提升＿。??２００８年，ＪＰＬ实验室的Ｍｉｋｅｌｈｄｅｓ等人通过数俏建模方法对空心阴极的溅射腐??蚀问题进行了研究。该模型同样使用了流体方法，通过模拟轰击塗面的离子流和??电流密度来计算孔腔区塗面的溅射，预测壁面的濺射腐蚀深度。计算结果表明：??用作中和的空心阴极腐蚀主要发生在孔腔区，而用作放电的空心阴极腐蚀主要发??生在触持极表面。??２００９年，该实验室在原本的模崔上，在中性气体扩散方程中引入了气体粘性??流动项，研究了气体粘性对空心阴极流体模型数值计算结果的影响＿。??２０１０至２０１３年，Ｍｉｋｅｌｌｉｄｅｓ等人改进了初始条件和中性气体流动连续性６改??进后的程序运行不再需要预处理相关的参数，提高了效率，同时解决了之前的中??十生气体流动的不连续和不稳定问题［５２］。??２０１４年，Ｍｉｋｅｌｌｉｄｅｓ等人使用改进后的ＯｒＣａ
应以及离子碰撞对??空心阴极的加热效应。，除了能模拟空心阴极电势分布，等离子体密度分布等二维??特性外，该模型还能计算发射体溅射腐蚀速率＃预测发射体的寿命。??阴极管?鞘层?发射体??＿?ｉ?＿?１?＿?！?＿??加入电子?２Ｓｍｍ?ｊ明??Ｘｅ推进剂丨?Ｉ极??广丨?发射体区?？?＋?电离碰撞，电荷交换碰?６ｍ叫顶??Ｒ方向ｊ?－?＋?一?撞、激发碰撞、三体复合?｜板??丨入口边界?５４撞等?Ｌ??１１?ＰＪ?１．５ｍｍ??＾?？?Ｚ方向??图１－６北京航空航天大学曹帅等人使用的ＰＩＣ／ＭＣＣ模型［５８］??２０１６年，北京航空航天大学的曹帅等人根据ＪＰＬ实验室对空心阴极流体实验??７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]热屏对离子推力器空心阴极性能影响研究[J]. 杨威,张天平,郭宁,刘明正,谷增杰. 工程热物理学报. 2019(06)
[2]1542天! 小行星探测器隼鸟2号终入“龙宫”[J]. 李琦. 今日科苑. 2019(03)
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[6]大功率等离子体电推进研究进展[J]. 杭观荣,梁伟,张岩,康小录. 载人航天. 2016(02)
[7]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)
[8]兰州空间技术物理研究所电推进新进展[J]. 张天平. 火箭推进. 2015(02)
[9]日本隼鸟号小行星探测器起死回生[J]. 羽子. 国际太空. 2011(01)
[10]N2空心阴极放电向微空心阴极放电转变的PIC/MC模拟[J]. 张连珠,孟秀兰,田中涛,高书霞,赵书霞. 核聚变与等离子体物理. 2010(02)
博士论文
[1]脉冲等离子体推力器设计与性能的理论与实验研究[D]. 李自然.国防科学技术大学 2008
硕士论文
[1]无热子空心阴极研究[D]. 魏辉.电子科技大学 2013
[2]自持空心阴极双鞘层数值模拟及热分析[D]. 王颖.哈尔滨工业大学 2010
[3]电推力器空心阴极双鞘层数值模拟[D]. 冯亮.哈尔滨工业大学 2009
本文编号：3328083
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