為研究霍爾推力器通道內(nèi)放電過(guò)程和等離子體的分布情況,對(duì)霍爾推力器建立二維仿真模型。得到推力器通道中Xe⁺和Xe⁺⁺數(shù)密度分布、速度分布、電流密度分布、電勢(shì)分布和電子溫度分布等,通過(guò)不同時(shí)刻Xe⁺和Xe⁺⁺離子數(shù)密度的變化,觀察到推力器內(nèi)放電達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行的過(guò)程。由結(jié)果可知此推力器工作電壓350V,電流4.2A,工質(zhì)氣體流量42SCCM時(shí)的比沖約為1300S。與文獻(xiàn)中報(bào)道的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)比,具有很好的一致性。一方面驗(yàn)證了該模型用于霍爾推力器數(shù)值仿真的有效性,另一方面得到了穩(wěn)態(tài)霍爾推力器內(nèi)較詳細(xì)的放電等離子體參數(shù)分布。 

【文章來(lái)源】：真空. 2020,57(04)

【文章頁(yè)數(shù)】：6 頁(yè)

【部分圖文】：

霍爾推力器結(jié)構(gòu)示意圖

根據(jù)圖1推力器的結(jié)構(gòu)得到如圖2所示的磁場(chǎng)線分布，圖3為徑向上r=0.04m處的軸向磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布情況。在中軸線上磁場(chǎng)有正負(fù)梯度的變化，并且在軸線兩側(cè)的磁場(chǎng)有逐漸增強(qiáng)，這樣就形成了一個(gè)不均勻的鞍形磁場(chǎng)分布，由于等離子體自身的電勢(shì)是隨磁場(chǎng)梯度的變化而變化。在正梯度的磁場(chǎng)中，等離子體電勢(shì)是有所增強(qiáng)的；在負(fù)梯度的磁場(chǎng)中，等離子體電勢(shì)是有所下降的。電勢(shì)的增加有助于對(duì)電子的約束，電勢(shì)的降低有利于離子的引出。鞍形的磁場(chǎng)對(duì)于增強(qiáng)推進(jìn)劑的利用率和提高推力器的效率起到很大的作用，因?yàn)檎?fù)梯度變化的磁場(chǎng)有利于對(duì)電子的有效約束，而通道下游的負(fù)梯度的磁場(chǎng)又有利于離子的引出[13,14]。圖3 r=0.04m處磁場(chǎng)強(qiáng)度沿軸向分布

圖2 磁場(chǎng)線分布根據(jù)實(shí)際推力器實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，這里主要針對(duì)放電電壓為350V，氣量為42sccm時(shí)的穩(wěn)定放電狀態(tài)進(jìn)行仿真模擬，由仿真計(jì)算得到霍爾推力器內(nèi)放電等離子體的參數(shù)分布情況。由于霍爾推力器通道內(nèi)電子的傳導(dǎo)決定了電勢(shì)的分布，從而對(duì)工質(zhì)的電離和加速產(chǎn)生影響，進(jìn)一步影響到推力器的宏觀性能。由推力器放電穩(wěn)定時(shí)的結(jié)果圖4（推力器內(nèi)電勢(shì)分布云圖）和圖5（徑向0.045m處的軸向電勢(shì)分布）可以看出推力器內(nèi)電勢(shì)降主要在推力器通道出口處。在緩沖區(qū)以及和緩沖區(qū)連接處的電勢(shì)變化很小。也就是在軸向距離0.35內(nèi)電勢(shì)基本上在300V以上。這種分布與參考文獻(xiàn)[15,16]的電勢(shì)分布基本上是一致的。從通道內(nèi)軸線上電勢(shì)分布來(lái)看，電勢(shì)在0.03m之后略有微小的增加，之后急劇下降。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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