霍爾推力器具有高比沖、高效率及高可靠性等優(yōu)點,現(xiàn)已被廣泛應用于航天器的軌道提升、南北位保及姿態(tài)控制等推進任務,其放電通道等離子體與壁面相互作用強,面容比大,造成壁面腐蝕,影響推力器性能。近年來國內(nèi)外研究人員針對霍爾推力器壁面材料和電磁場位形雖然做了大量科學研究工作,但由于通道等離子體放電過程十分復雜,其物理機理需進一步探索。本文針對霍爾推力器電離區(qū)不同位置布置石墨電極材料并采用磁屏蔽電磁場位形,研究等離子體束流聚焦過程及放電特性,為推力器壁面材料優(yōu)化布置及磁場位形設計提供理論依據(jù)和方法。本文根據(jù)霍爾推力器軸對稱結(jié)構(gòu)及放電過程建立二維物理模型,采用Particle-In-Cell（簡稱PIC）模擬方法研究了推力器通道電離區(qū)壁面分割偏壓電極對電勢、離子數(shù)密度分布及等離子體與壁面碰撞頻率等放電特性的影響。結(jié)果表明:當分割電極偏壓與陽極電壓相等時,分割電極布置在電離區(qū)末端,加速區(qū)縮短,電勢線與壁面趨于垂直,離子與壁面碰撞頻率減小,推力器比沖增大;當分割電極偏壓高于陽極電壓18V且分割電極起始位置L0=19mm時,通道電勢、粒子數(shù)密度及電子溫度等放電參數(shù)發(fā)生突變,加速區(qū)軸向擴張,電離速率增大,離... 

【文章來源】：大連海事大學遼寧省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：67 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．３霍爾推力器放電通道特征區(qū)域??

ｎ｜７ｉｒ＼１??Ｈ?，?Ｘ?２?ｌ３??Ｉ；?ｂ?－?ｉ＇??Ｉ??１－近陽極區(qū)２－電離區(qū)３－加速區(qū)??圖１．３霍爾推力器放電通道特征區(qū)域??Ｆｉｇ．?１．３?Ｆｅａｔｕｒｅ?ｒｅｇｉｏｎ?ｏｆ?Ｈａｌｌ?ｔｈｒｕｓｔｅｒ?ｄｉｓｃｈａｒｇｅ?ｃｈａｎｎｅｌ??１．２霍爾推力器國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢??早在１９０２年俄羅斯科學家齊奧爾科夫斯基提出電推進概念以來，電推力器在??各國科學家不斷努力下經(jīng)歷了一個多世紀的發(fā)展已經(jīng)達到了十分成熟的水平【１３１。??其中最為突出的是前蘇聯(lián)科學家，在２０世紀６０年代就己經(jīng)完成了對霍爾推力器??原理的探索，在其他國家的科研團隊都在終止霍爾推力器的研宄而將重心轉(zhuǎn)向離??子推力器時，Ｍｏｒｏｚｏｖ教授所率領的團隊仍然堅持對霍爾推力器進行研究。終于在??１９６９年基本完成了霍爾推力器樣機，通過火炬設計局（Ｆａｋｅｌ）改進后于１９７２年搭載??“流星號”衛(wèi)星完成了?ＳＰＴ首次在軌飛行任務。此次霍爾推力器的成功在軌飛行意??義重大，證實了電推力器在航空領域?qū)嶋H應用的可行性。由此，ＳＰＴ技術(shù)在俄羅斯??－３－??

直觀的給出了有無磁屏蔽結(jié)構(gòu)的兩種ＰＰＳ－Ｆｌｅｘ型霍爾推力器的工作狀態(tài)，如４所示，圖ａ）為典型的無磁屏蔽霍爾推力器，由圖可知等離子體位于通道內(nèi)ｂ）為磁屏蔽霍爾推力器，由圖可知部分工質(zhì)電離發(fā)生在通道出口附近，粒子道壁面相互作用降低，這與科學家預期設想相吻合［７３］。２０１７年，ＣｏｎｖｅｒｓａｎｏＲ人通過實驗對ＭａＳＭｉ－６０型霍爾推力器（磁屏蔽微型霍爾推力器的改進型）進試，證明了低功率霍爾推力器完全磁屏蔽磁場位形的成功應用。該裝置放電功０－７５０?Ｗ，放電電壓２００－４００?Ｖ。實驗結(jié)果表明：與傳統(tǒng)霍爾推力器相比放電通命提高至少１０倍，有可能大于１００倍［７４］。同年該組科研人員通過二維數(shù)值模擬研究了磁屏蔽磁場影響推力器性能的物理機制，結(jié)果表明由于放電通道尖置磁場曲率較大，無論推力器功率多大都會導致羽流發(fā)散角增加。因放電通道磁場強度不足，會引起工質(zhì)電離率、工質(zhì)利用率及電流利用率降低，羽流發(fā)散大。雖然磁屏蔽霍爾推力器仍然存在這些不足，但它為長壽命霍爾推力器的發(fā)出的重要一步［７５］。??


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