磁屏蔽霍尔推力器束流分布特性研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yanqingkuiyan
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随着空间电推进技术的发展和全电推卫星平台的提出,电推进技术受到空前瞩目。磁屏蔽霍尔推力器是霍尔推力器的优化产品,其独特的磁场位形及壁面匹配设计使得壁面侵蚀速率至少下降了2~3个数量级,在保证高比冲、高推力、高可靠性的前提下,大幅增加了推力器的寿命,极大拓宽了霍尔推力器的应用领域,具有广阔的应用前景。然而,由于其加速区没有壁面约束、径向电场力大等原因,磁屏蔽霍尔推力器羽流发散程度较严重,制约了其发展应用。基于此,本文对磁屏蔽霍尔推力器各羽流影响因素进行了仿真、实验,具体开展工作如下:首先,研究了磁力线倾斜方向对磁屏蔽霍尔推力器束流特性的影响。通过调整磁极法设计了磁力线内倾、平直、外倾的倾斜形貌,在实验数据的基础上进行仿真分析,并与传统霍尔推力器进行对比。仿真结果表明,磁力线内倾时,磁屏蔽霍尔推力器通道中心处离子密度更高,羽流发散程度小,放电性能更优。其次,研究了磁分界面形态对磁屏蔽霍尔推力器束流特性的影响。通过增设局部外壳的方法改变磁分界面形态,分别进行不同磁分界面形态、包含磁分界面与否的对比仿真。仿真结果表明,阴极边界距磁分界面越近,电子升温过程发生的越早,径向电场越小,推力器性能越好,羽流聚焦性越好。除此之外,分析了仿真与实际的差别,实际情况中还需考虑电子路径对电子温度的影响。再次,研究了阴极位置对磁屏蔽霍尔推力器束流特性影响。分别设计二维定角度移动阴极实验、导磁柱推力器三自由度移动阴极实验、导磁罩推力器三自由度移动阴极实验,确定了最优的阴极工作位置、角度。阴极位于最优工作位置时,电子与离子复合发生较早,羽流中离子数随距离下降迅速,降低了羽流中的径向电场力,羽流聚焦性较好。最后,研究不同磁极材料以及不同磁极电势对磁屏蔽霍尔推力器束流特性的影响。仿真结果表明,当磁极材料为陶瓷时,陶瓷发射的二次电子进入通道内部,增大了通道内电子、离子的密度,因此推力器电流、推力更大,且陶瓷磁极径向电场更小,羽流发散程度较小;当磁极高电势时,通道外轴线、径向电场梯度均减小,但径向电场梯度减小程度更大,羽流发散程度更小。
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