惯性静电约束推力器设计与实验研究

发布时间：2022-12-08 01:00

　　惯性静电约束推力器（Inertial Electrostatic Confinement Thruster,IECT）是一种新型的静电式电推力器,主要利用惯性静电约束的电离机制与粒子约束机制使电离室内的工质气体高度电离,并通过改变栅极结构的方式使等离子体从电离室喷出产生推力。在10Pa左右的气压条件下,惯性静电约束推力器喷射的等离子体密度可达1015~1018m-3量级,该推力器具有结构简单、抗烧蚀、无空心阴极、长寿命等优势,在临近空间推进、深空探测等领域具有广阔的应用前景。本文归纳总结了国外研究机构对惯性静电约束推力器的研究工作,利用球形双层理论对其工作原理进行分析,其原理主要包括IECT低电压放电机制与IECT束流引出机制。并介绍了描述惯性静电约束推力器内部物理性质的粒子运动轨迹模型、离子分布模型以及电势模型。使用COMSOL仿真软件建立了推力器电离室的二维轴对称模型,对推力器放电产生的电子数密度、反应速率与碰撞功率损耗等参数进行数值模拟。分别模拟不同结构推力器的等离子体参数并进行对比分析。模拟结果表明不同结构的IECT在不同的气压范围内工作,可以针对不同背景气压的工作条件灵活设计... 

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 空间电推进技术概述
        1.2.1 电热式推力器
        1.2.2 电磁式推力器
        1.2.3 静电式推力器
    1.3 吸气式电推进概述
    1.4 惯性静电约束电推力器概述
    1.5 本文的研究内容
2 惯性静电约束电推力器基本理论
    2.1 IEC工作原理
        2.1.1 IEC的聚变反应
        2.1.2 IEC辉光放电模式
    2.2 IECT的运行原理
        2.2.1 IECT低电压放电机制
        2.2.2 IECT束流引出机制
    2.3 惯性静电约束电推力器的数学模型
        2.3.1 IEC粒子运动模型
        2.3.2 IEC离子分布函数
        2.3.3 IEC电势模型
    2.4 本章小结
3 IECT的数值模拟与设计
    3.1 IECT内放电过程模拟
        3.1.1 COMSOL仿真软件简介
        3.1.2 IECT放电基于COMSOL的数学模型
        3.1.3 放电过程模拟与分析
    3.2 不同结构IECT放电过程分析
        3.2.1 栅极网格线对放电的影响
        3.2.2 栅极密度对放电的影响
        3.2.3 推力器尺寸对放电的影响
    3.3 相同结构IECT在不同条件下放电过程分析
        3.3.1 阴极电压对IECT放电的影响
        3.3.2 背景气压对IECT放电的影响
    3.4 推力器实验样机的设计
        3.4.1 栅极的设计
        3.4.2 阴极支撑架的设计
        3.4.3 电气入口的设计
    3.5 本章小结
4 IECT放电过程的实验研究
    4.1 实验装置
        4.1.1 电推进高真空实验平台系统
        4.1.2 线性高压直流稳压稳流电源
        4.1.3 工质气体质量流量控制系统
        4.1.4 朗缪尔探针诊断系统
    4.2 实验过程
        4.2.1 IECT在不同气压下放电实验
        4.2.2 IECT在不同阴极电压下放电实验
        4.2.3 IECT在不同工质气体质量流量下放电实验
    4.3 实验结果分析
    4.4 本章小结
5 总结与展望
    5.1 本文内容总结
    5.2 对下一步工作的建议
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]空间电推进技术及应用新进展[J]. 张天平,张雪儿.  真空与低温. 2013(04)
[2]磁等离子体推力器工作机理与应用前景研究[J]. 程蛟,汤海滨,刘兵.  空间控制技术与应用. 2013(05)
[3]国外离子和霍尔电推进技术最新进展[J]. 张天平.  真空与低温. 2006(04)
[4]电火箭推进的空间探测器[J]. 吴汉基,蒋远大,张宝明,张志远.  中国航天. 2006(04)
[5]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)



本文编号：3713223