温度对霍尔推力器磁场及放电性能的影响

发布时间：2017-08-19 14:15

  本文关键词：温度对霍尔推力器磁场及放电性能的影响

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【摘要】：霍尔推力器从冷态到工作后热稳定时存在300°C以上的偏差,同时其搭载在卫星平台上运行时,推力器工况相对在地面设计实验时的工作点可能会产生一定的偏移。磁路元件的热堆积对放电通道内的磁场分布产生了影响,从而改变了推力器的工作性能。本文利用商业软件ANSYS热仿真计算霍尔推力器工作过程中磁路元件的温度变化,得到推力器各测点位置温度分布的仿真结果。实验测量100 min内推力器内外磁屏的温度变化,得到推力器接近热平衡时内外磁屏温升超过300°C。开展了太阳辐照对推力器温度影响的仿真分析研究,得到太阳正面辐照时,推力器各部位除内、外陶瓷温度上升较少外,其它温升均超过10°C,侧面辐射时会在推力器阴阳两面形成一个大约在10°C左右的温差。用直接模拟蒙特卡罗法计算相应条件下等离子体密度和空间电势的分布。结果表明,磁场的变化影响了通道内电离区的轴向位置、空间电势以及电子温度的分布,进而改变了推力器的效率。设计软磁材料DT4C的变温实验,得到了DT4C从20°C~500°C各温度段的B-H曲线。随着温度的升高,在300H50A/m时,DT4C的磁导率呈减少趋势,在H300A/m时,试件的磁导率先减少后增加再减少。然后对推力器进行二维磁场仿真,得到推力器在高温下较常温下时放电通道内的磁感应强度大约下降了15%,零磁场位置向外延伸2.3 mm。提出了一种监测推力器工作时放电通道空间磁场变化的方法,得到串联励磁磁场强度随线圈电感的增加而减少。电感较小时,磁场强度与电感近似成一次函数关系。电感增加后,磁场强度下降速度变快。通过外部测量励磁线圈电感值的变化预测放电通道内磁场的变化,便于将推力器的工作点调节回上个状态。监测推力器工作90 min内推力器各部位的温度,当基本达到热平衡后,得到推力器各测量点的温度和性能参数,放电电流增大,推力降低,比冲从2442 s降低到2317 s,效率也相应下降。优化励磁电流后,在100分钟内推力器性能基本不变,保持稳定工作。
【关键词】：霍尔推力器 放电特性 磁安特性曲线 在线磁场测量 磁路温度
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V439.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义10-14
• 1.1.1 研究背景10-13
• 1.1.2 研究的目的和意义13-14
• 1.2 国内外研究现状14-19
• 1.2.1 不同励磁方式下推力器通道磁场的研究14-15
• 1.2.2 推力器热分析的研究15-17
• 1.2.3 磁场放电特性的研究17-19
• 1.3 本文的主要研究内容19-20
• 第2章 霍尔推力器温度仿真分析20-27
• 2.1 引言20
• 2.2 推力器热仿真计算流程20-21
• 2.3 推力器热仿真计算及分析21-26
• 2.3.1 计算模型21
• 2.3.2 物性参数21-22
• 2.3.3 网格划分22
• 2.3.4 热源边界条件22-24
• 2.3.5 计算结果及分析24-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第3章 温度对霍尔推力器磁场的影响分析27-43
• 3.1 引言27
• 3.2 磁场强度与梯度对推力器电离的影响27-33
• 3.3 磁路材料参数对通道内磁场的影响分析33-35
• 3.4 温度对磁路材料参数及通道内磁场的影响35-42
• 3.4.1 变温试验简介35-37
• 3.4.2 温度对磁路材料参数的影响分析37-40
• 3.4.3 温度对通道内磁场的影响分析40-42
• 3.5 本章小结42-43
• 第4章 不同温度条件下推力器放电特性分析43-60
• 4.1 引言43
• 4.2 测试方法简介43-45
• 4.2.1 真空系统43
• 4.2.2 温度测试系统43-44
• 4.2.3 推力测量装置44-45
• 4.2.4 电流测量装置45
• 4.3 不同温度下的推力器性能测试45-48
• 4.3.1 推力器温度测量结果46
• 4.3.2 放电电流测量结果46-47
• 4.3.3 推力测量结果47
• 4.3.4 比冲测量结果47-48
• 4.4 不同温度下的推力器性能差异分析48-50
• 4.4.1 磁场变化强度分析48
• 4.4.2 推力器磁安特性曲线48-50
• 4.5 磁安特性优化后推力器性能测试50-53
• 4.5.1 推力器温度测量结果50
• 4.5.2 放电电流测量结果50-51
• 4.5.3 推力测量结果51-52
• 4.5.4 比冲测量结果52
• 4.5.5 效率测量结果52-53
• 4.6 太阳辐照对推力器温度的影响53-56
• 4.6.1 垂直正面照射53-54
• 4.6.2 垂直侧面辐照54-56
• 4.7 推力器长期稳定工作方法分析56-59
• 4.7.1 励磁工作点选取原则56-57
• 4.7.2 磁路元件热防护措施57-59
• 4.8 本章小结59-60
• 第5章 霍尔推力器在线磁场测量方法60-68
• 5.1 引言60
• 5.2 带气隙线圈电感的理论分析与实验测量60-67
• 5.2.1 电感与通道内某点磁场强度的关系研究60-62
• 5.2.2 实验测量电感L-T的变化62-67
• 5.3 本章小结67-68
• 结论68-69
• 参考文献69-73
• 致谢73

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本文编号：701174