【摘要】：電子回旋共振等離子體推力器(Electron Cyclotron Resonance Plasma Thruster,ECRPT)是一種基于微波等離子體和磁噴管加速的電磁式推力器。其工作原理主要是微波能量傳輸?shù)郊ぐl(fā)天線上,然后在天線表面形成電磁場(chǎng),在磁場(chǎng)的作用下工質(zhì)氣體中的自由電子作拉莫回旋運(yùn)動(dòng),當(dāng)電子回旋的頻率和微波的自有頻率相等時(shí),電子會(huì)加速吸收微波能量變成高能電子,高能電子不斷碰撞工質(zhì)氣體產(chǎn)生高密度等離子體,最后等離子體中的離子通過磁噴管加速噴出產(chǎn)生推力。該推力器具有結(jié)構(gòu)簡單、壽命長、易啟動(dòng)、無污染和性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),由于其不需要中和器,羽流呈準(zhǔn)中性的特點(diǎn),在未來的深空探測(cè)以及微納衛(wèi)星的姿態(tài)維持和軌道控制方面具有獨(dú)特的應(yīng)用前景。本文簡單介紹了推力器的基本結(jié)構(gòu),分析了關(guān)鍵部組件的特性結(jié)構(gòu)尺寸。使用HFSS電磁場(chǎng)仿真軟件對(duì)推力器微波能量饋入方式和天線結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行仿真分析,得出在垂直饋入的方式下,微波能量可以被更高效的利用,以此為基礎(chǔ)模擬分析得到了天線長為20mm,直徑為0.5mm。通過仿真天線表面的電磁場(chǎng)分布得到電場(chǎng)強(qiáng)度可以達(dá)到10~3-10~4量級(jí),滿足激發(fā)工質(zhì)氣體所需的電場(chǎng)的要求。使用COMSOL多物理場(chǎng)軟件仿真模擬了推力器放電腔室的放電效果和磁場(chǎng)位形,采用漂移擴(kuò)散模型計(jì)算得出放電腔室中電子數(shù)密度可以達(dá)到10~188 m~(-3)數(shù)量級(jí),通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定了推力器放電腔室內(nèi)徑為2.8cm、外徑為3cm、高度為2.5cm,磁鐵的內(nèi)徑為3cm、外徑為5cm、高度為2.5cm。在確定永磁鐵的材質(zhì)和尺寸的條件下,建立了磁鐵的二維軸對(duì)稱模型,仿真了磁場(chǎng)位形,得出ECR面位于推力器的尾部,驗(yàn)證了磁場(chǎng)設(shè)計(jì)的合理性。本文通過仿真結(jié)果設(shè)計(jì)加工了推力器的實(shí)驗(yàn)樣機(jī),通過自主搭建的實(shí)驗(yàn)平臺(tái),實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了推力器的放電效果,診斷了推力器羽流區(qū)特性參數(shù)。放電實(shí)驗(yàn)工質(zhì)氣體采用氬氣,背景氣壓為10~(-2)Pa條件下能穩(wěn)定工作,使用法拉第探針診斷了不同微波功率、氣體流量條件下的羽流區(qū)離子電流和離子電流密度,進(jìn)一步驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)樣機(jī)設(shè)計(jì)的合理性。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：V439.2

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本文編號(hào)：2703433