霍尔推力器放电通道壁面分割及磁屏蔽效应研究

发布时间：2021-10-21 06:40

　　霍尔推力器具有高比冲、高效率及高可靠性等优点,现已被广泛应用于航天器的轨道提升、南北位保及姿态控制等推进任务,其放电通道等离子体与壁面相互作用强,面容比大,造成壁面腐蚀,影响推力器性能。近年来国内外研究人员针对霍尔推力器壁面材料和电磁场位形虽然做了大量科学研究工作,但由于通道等离子体放电过程十分复杂,其物理机理需进一步探索。本文针对霍尔推力器电离区不同位置布置石墨电极材料并采用磁屏蔽电磁场位形,研究等离子体束流聚焦过程及放电特性,为推力器壁面材料优化布置及磁场位形设计提供理论依据和方法。本文根据霍尔推力器轴对称结构及放电过程建立二维物理模型,采用Particle-In-Cell（简称PIC）模拟方法研究了推力器通道电离区壁面分割偏压电极对电势、离子数密度分布及等离子体与壁面碰撞频率等放电特性的影响。结果表明:当分割电极偏压与阳极电压相等时,分割电极布置在电离区末端,加速区缩短,电势线与壁面趋于垂直,离子与壁面碰撞频率减小,推力器比冲增大;当分割电极偏压高于阳极电压18V且分割电极起始位置L0=19mm时,通道电势、粒子数密度及电子温度等放电参数发生突变,加速区轴向扩张,电离速率增大,离... 

【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．３霍尔推力器放电通道特征区域??

ｎ｜７ｉｒ＼１??Ｈ?，?Ｘ?２?ｌ３??Ｉ；?ｂ?－?ｉ＇??Ｉ??１－近阳极区２－电离区３－加速区??图１．３霍尔推力器放电通道特征区域??Ｆｉｇ．?１．３?Ｆｅａｔｕｒｅ?ｒｅｇｉｏｎ?ｏｆ?Ｈａｌｌ?ｔｈｒｕｓｔｅｒ?ｄｉｓｃｈａｒｇｅ?ｃｈａｎｎｅｌ??１．２霍尔推力器国内外研究现状及发展趋势??早在１９０２年俄罗斯科学家齐奥尔科夫斯基提出电推进概念以来，电推力器在??各国科学家不断努力下经历了一个多世纪的发展已经达到了十分成熟的水平【１３１。??其中最为突出的是前苏联科学家，在２０世纪６０年代就己经完成了对霍尔推力器??原理的探索，在其他国家的科研团队都在终止霍尔推力器的研宄而将重心转向离??子推力器时，Ｍｏｒｏｚｏｖ教授所率领的团队仍然坚持对霍尔推力器进行研究。终于在??１９６９年基本完成了霍尔推力器样机，通过火炬设计局（Ｆａｋｅｌ）改进后于１９７２年搭载??“流星号”卫星完成了?ＳＰＴ首次在轨飞行任务。此次霍尔推力器的成功在轨飞行意??义重大，证实了电推力器在航空领域实际应用的可行性。由此，ＳＰＴ技术在俄罗斯??－３－??

直观的给出了有无磁屏蔽结构的两种ＰＰＳ－Ｆｌｅｘ型霍尔推力器的工作状态，如４所示，图ａ）为典型的无磁屏蔽霍尔推力器，由图可知等离子体位于通道内ｂ）为磁屏蔽霍尔推力器，由图可知部分工质电离发生在通道出口附近，粒子道壁面相互作用降低，这与科学家预期设想相吻合［７３］。２０１７年，ＣｏｎｖｅｒｓａｎｏＲ人通过实验对ＭａＳＭｉ－６０型霍尔推力器（磁屏蔽微型霍尔推力器的改进型）进试，证明了低功率霍尔推力器完全磁屏蔽磁场位形的成功应用。该装置放电功０－７５０?Ｗ，放电电压２００－４００?Ｖ。实验结果表明：与传统霍尔推力器相比放电通命提高至少１０倍，有可能大于１００倍［７４］。同年该组科研人员通过二维数值模拟研究了磁屏蔽磁场影响推力器性能的物理机制，结果表明由于放电通道尖置磁场曲率较大，无论推力器功率多大都会导致羽流发散角增加。因放电通道磁场强度不足，会引起工质电离率、工质利用率及电流利用率降低，羽流发散大。虽然磁屏蔽霍尔推力器仍然存在这些不足，但它为长寿命霍尔推力器的发出的重要一步［７５］。??


本文编号：3448445