【摘要】：空心陰極是電推進(jìn)系統(tǒng)的核心部件,主要承擔(dān)電子源和中和器的工作。由于航天系統(tǒng)的特殊性,要求空心陰極具有極高的壽命和可靠性,穩(wěn)定的穩(wěn)態(tài)特性。陰極的穩(wěn)態(tài)特性主要包括陰極的放電電壓,放電電流,陰極氣壓,陰極振蕩,傳熱特性,腐蝕特性等宏觀特性及等離子體密度,電子溫度,電子密度等一系列微觀特性。這些特性反應(yīng)陰極的工作狀態(tài)和穩(wěn)定性,對(duì)衡量陰極的壽命具有重要作用,因此研究空心陰極放電特性隨時(shí)間的穩(wěn)定性具有重要的意義。針對(duì)現(xiàn)有空心陰極開(kāi)展了短期壽命實(shí)驗(yàn),測(cè)量?jī)蓚�(gè)電流下空心陰極穩(wěn)態(tài)特性參數(shù)的演化規(guī)律。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)短期內(nèi)陰極電壓、內(nèi)部氣壓、溫度分布和放電振蕩等隨時(shí)間變化不大,但觸持極、鎢頂?shù)任恢玫牟牧铣霈F(xiàn)了腐蝕,導(dǎo)致空心陰極壽命快速降低。通過(guò)對(duì)比可以看出兩個(gè)電流下空心陰極分別工作在羽流模式和點(diǎn)模式下,而羽流模式下陰極的放電特性極不穩(wěn)定,觸持極表面和腐蝕嚴(yán)重,陰極可靠壽命縮短。陰極模式的主要衡量參數(shù)為陰極的振蕩。針對(duì)實(shí)驗(yàn)中陰極出現(xiàn)的明顯腐蝕現(xiàn)象,重點(diǎn)分析了陰極在不同的工作狀態(tài)下的振蕩特性,分析了陰極在羽流模式和在點(diǎn)模式下的振蕩特性差異。通過(guò)三探針測(cè)量陰極電子溫度和電子密度的瞬態(tài)變化規(guī)律,用RPA測(cè)量陰極模式和振蕩對(duì)陰極離子能量分布的影響。進(jìn)一步的分析表明,隨著引出電流的增加,陰極振蕩增大導(dǎo)致了高能離子增多和轟擊材料的離子通量增大,這是陰極發(fā)射體,鎢頂孔和觸持極濺射腐蝕的主要因素。為了減小材料腐蝕速率延長(zhǎng)陰極壽命,開(kāi)展了空心陰極放電振蕩幅值控制和減小離子能量的方法研究�？招年帢O與霍爾推力器耦合放電時(shí)存在磁場(chǎng),因此首先開(kāi)展了磁場(chǎng)影響研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn)軸向磁場(chǎng)由于能夠增加電子向陽(yáng)極的傳導(dǎo),而控制了放電振蕩抑制了高能離子。增加供氣流量會(huì)降低陽(yáng)極電壓和減小振蕩幅值,從而壓制了高能離子的產(chǎn)生。放電回路的電容會(huì)減小電壓振蕩,增加電流振蕩,電感的作用于電容正好相反,但是兩者均能通過(guò)相位調(diào)節(jié)減少高能離子�？招年帢O放電過(guò)程中材料腐蝕目前尚無(wú)可靠的在線監(jiān)測(cè)方法,但材料腐蝕狀態(tài)是表征陰極壽命的重要特征,為此本文給出了一套基于腐蝕材料發(fā)射光譜強(qiáng)度,在線監(jiān)測(cè)陰極腐蝕產(chǎn)物的方法。通過(guò)與氙特征線的對(duì)比、選擇了發(fā)射體腐蝕材料的特征線,并獲得了不同工況下材料腐蝕發(fā)光強(qiáng)度的變化規(guī)律,結(jié)果顯示陰極放電振蕩幅值增加,發(fā)光強(qiáng)度明顯增大。最后本文對(duì)該方法的穩(wěn)定應(yīng)用進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)。
【圖文】：

鎢頂孔腐蝕狀況

圖 1-2 25cm 離子推進(jìn)器中和器陰極鎢頂孔腐蝕情況[12 ]他們對(duì)中和器陰極點(diǎn)模式和羽流模式的工作狀態(tài)變化產(chǎn)生原出了相應(yīng)的解決方案。在高功率模式下，陰極振蕩較小，觸概 0.25V，等離子體電勢(shì) 20V 左右，有時(shí)會(huì)出現(xiàn) 10V 的上升是工作在點(diǎn)模式。在低功率的時(shí)候，中和器引出電流 1.5A 中
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：V439.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2615142