【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,在磁場的作用下工質(zhì)氣體中的自由電子作拉莫回旋運動,當電子回旋的頻率和微波的自有頻率相等時,電子會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、無污染和性能穩(wěn)定等優(yōu)點,由于其不需要中和器,羽流呈準中性的特點,在未來的深空探測以及微納衛(wèi)星的姿態(tài)維持和軌道控制方面具有獨特的應用前景。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電磁場仿真軟件對推力器微波能量饋入方式和天線結(jié)構(gòu)尺寸進行仿真分析,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分布得到電場強度可以達到10~3-10~4量級,滿足激發(fā)工質(zhì)氣體所需的電場的要求。使用COMSOL多物理場軟件仿真模擬了推力器放電腔室的放電效果和磁場位形,采用漂移擴散模型計算得出放電腔室中電子數(shù)密度可以達到10~188 m~(-3)數(shù)量級,通過結(jié)構(gòu)設(shè)計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稱模型,仿真了磁場位形,得出ECR面位于推力器的尾部,驗證了磁場設(shè)計的合理性。本文通過仿真結(jié)果設(shè)計加工了推力器的實驗樣機,通過自主搭建的實驗平臺,實驗驗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)。放電實驗工質(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,進一步驗證了實驗樣機設(shè)計的合理性。
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：V439.2

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本文編號：2703433