感应式脉冲等离子体推力器(IPPT)具有无电极、大推力（功率）变比、长寿命、推进剂工质兼容性好等优点，是目前高功率电推进研究的热门领域。高品质脉冲气体喷注是IPPT研究中最亟待解决的技术问题。本文以此为背景，采用理论分析、数值模拟和试验相结合的方法，着重对高速脉冲阀技术、中性气体瞬态测量技术以及喷注器技术进行了研究。
　　为了满足IPPT对脉冲阀快速开关特性需求，本文基于电磁感应原理，提出了一种新型电磁斥力式快速开关脉冲气体阀结构。该阀最主要的特点是采用截锥状簧片充当动作执行部件，依靠阀开启过程中簧片变形产生的弹力提供阀关闭过程中的回复力，避免了使用额外的回复力提供机构，使阀结构得到极大简化。根据阀的结构特点，设计并搭建了阀性能综合测试平台，采用光透过法和PVTt流量测量法分别对阀的响应特性和单脉冲供气质量进行了测量。试验工况下的测试结果表明：阀的作动延迟时间不大于40μs，开启和闭合时间近似相等且不大于80μs，开通时间（半峰全宽）约为150μs；通过调节驱动电压和阀腔气体压强能够进行单脉冲供气质量调节，最大单脉冲供气质量约为2.5mg（氩气，驱动电压1600V，阀腔气体压强100kPa）。阀的综合性能满足IPPT需求。
　　建立了阀系统的多物理场耦合数值模型，在模型中详细考虑了阀工作过程中涉及到的电、磁、结构和气体流动等物理问题以及之间的耦合关系。模型中的所有方程采用商业软件COMSOL Multiphysics进行全耦合求解。在不同工况下计算得到的阀响应特性和单脉冲供气质量与相应条件下的试验结果吻合良好，证明所建立的数值模型能够较精确的获得阀的关键性能参数。此外，采用该模型还对阀工作过程中的磁场、感生电流、洛伦兹力和簧片速度进行了详细研究，发现阀中簧片有效加速只出现在阀开启的初始阶段，即出现在线圈电流前3/8周期内，随后阀的开启主要是由惯性力主导。簧片只有在加速阶段获得足够的动能，阀才能完全开启。
　　为了评估喷注器的设计和脉冲气团在线圈表面的演化过程，在前人的研究基础上，基于五极真空电子管开发了四极式自稳快速电离规系统，并详细研究了电路参数对电离规特性的影响规律。试验结果表明，减小阴极发射电流、降低加速极对阴极的偏压以及减小收集极对阴极的偏压均有利于拓展电离规的测量上限，据此确定了电离规的最佳工作参数。针对氩气对电离规特性进行了校准，结果显示其线性测量范围为1~80Pa。
　　基于快速开关脉冲气体阀研制了具有轴向喷注方式的脉冲喷注器。采用快速电离规研究了脉冲气团特性以及其在推力器线圈表面的演变过程。在测试过程中，快速电离规表现出良好的可重复性和稳定性，电离规阴极发射电流抖动不大于8%。脉冲气团压强分布测量结果表明，喷注器产生的脉冲气团前后沿最大压强变化率（dp/dt）为770kPa/s，气团核心区最高压强约为75Pa；脉冲气团能够在推力器线圈表面形成轴向压缩且径向较均匀的气体薄层。推力器的最佳点火时机出现在阀触发后500~625μs之间的某个时刻。
　　综上所述，本文对IPPT中的脉冲气体喷注技术研究成果，可以应用于IPPT的实验室研究。