霍尔推力器磁场及通道宽度对等离子体放电特性研究影响研究

论文摘要

霍尔推力器是一种为航天器在轨飞行提供动力的装置,具有高效率、高比冲及高可靠性等优点,现已被广泛应用于航天器的姿态控制和位置保持等高精度空间任务。霍尔推力器放电通道尺寸和磁场位形是影响其性能的关键因素,由于推力器通道等离子体放电过程十分复杂,电磁场与等离子体相互作用的物理机制需进一步深入研究。本文针对霍尔推力器通道结构研究不同磁场位形和通道宽度对等离子体放电特性的影响,为优化推力器通道宽度匹配以及磁场位形设计提供理论依据。本文根据霍尔推力器通道实际尺寸及等离子体放电物理过程建立二维轴对称模型,采用粒子模拟方法数值研究了不同通道宽度在传统磁场位形下等离子体电势、电子温度及电离率等参数的变化规律。结果表明:随通道宽度增加,不同磁场位形的电势峰值均增大,峰值位置向出口方向移动,离子数密度增大,推力器比冲增大,推功比先增大后减小。当推力器通道宽度为14mm时,离子在通道中部聚焦明显,电势降区域位于通道出口处,离子与壁面碰撞频率大,壁面腐蚀增加;而当通道宽度为16mm,磁场的零磁点位于内壁面时,推力器比冲和推功比增大,离子与壁面碰撞频率减小,壁面腐蚀降低。通过在霍尔推力器通道出口处布置导磁材料的磁屏,增大通道出口处磁力线曲率,优化通道磁场位形,引入磁场强度系数,研究磁场强度对等离子体放电特性的影响。结果表明:与传统霍尔推力器磁场分布相比,优化磁场位形下通道放电过程电子温度上升,离子与壁面碰撞频率降低,推功比有所下降。随磁场强度增加,离子数密度先增大再减小,通道电子温度增加,推力器比冲和推功比先增大后减小,推力器工作寿命延长。在霍尔推力器优化磁场位形下,数值研究了推力器不同通道宽度对等离子体放电特性的影响。研究发现:随通道宽度增加,离子数密度增大,电子温度升高,电势峰值增大,峰值位置向通道出口方向移动,推力器比冲升高,离子与壁面碰撞频率明显减小,壁面腐蚀显著降低,有效提升了推力器在轨寿命。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 霍尔推力器国内外研究现状
•   1.3 霍尔推力器磁场研究现状
•   1.4 霍尔推力器通道宽度尺寸研究现状
•   1.5 论文研究内容及章节安排
• 2 霍尔推力器通道等离子体放电二维物理模型
•   2.1 引言
•   2.2 物理模型
•   2.3 边界条件
•   2.4 计算流程及假设条件
•   2.5 本章小结
• 3 霍尔推力器不同通道宽度对等离子体放电特性影响
•   3.1 引言
•   3.2 不同通道宽度磁场分布
•   3.3 离子数密度和电势分布
•   3.4 离子径向速度变化规律
•   3.5 电子温度及电离率分布特性
•   3.6 粒子与壁面碰撞频率变化规律
•   3.7 比冲和推功比分布
•   3.8 本章小结
• 4 霍尔推力器通道壁面导磁材料磁场等离子体放电特性
•   4.1 引言
•   4.2 壁面导磁材料磁场优化设计
•   4.3 离子数密度和电势分布特性
•   4.4 离子径向速度分布
•   4.5 电子温度分布规律
•   4.6 粒子与壁面碰撞频率分布特性
•   4.7 比冲及推功比变化规律
•   4.8 本章小结
• 5 优化磁场下推力器不同通道宽度的等离子体放电特性
•   5.1 引言
•   5.2 离子数密度和电势空间分布
•   5.3 电子温度变化规律
•   5.4 粒子与壁面碰撞频率分布特性
•   5.5 推力器比冲变化规律
•   5.6 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历及攻读硕士学位期间的科研成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 胡翔

导师: 段萍

关键词: 霍尔推力器,粒子模拟,通道宽度,磁场位形,磁场强度

来源: 大连海事大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 物理学,航空航天科学与工程,动力工程

单位: 大连海事大学

分类号: O53;V43

DOI: 10.26989/d.cnki.gdlhu.2019.000764

总页数: 59

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