為研究霍爾推力器通道內(nèi)放電過程和等離子體的分布情況,對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、電勢分布和電子溫度分布等,通過不同時刻Xe⁺和Xe⁺⁺離子數(shù)密度的變化,觀察到推力器內(nèi)放電達到穩(wěn)定運行的過程。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時的比沖約為1300S。與文獻中報道的實驗結(jié)果和數(shù)值模擬結(jié)果對比,具有很好的一致性。一方面驗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)較詳細的放電等離子體參數(shù)分布。 

【文章來源】：真空. 2020,57(04)

【文章頁數(shù)】：6 頁

【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所示的磁場線分布，圖3為徑向上r=0.04m處的軸向磁感應(yīng)強度的分布情況。在中軸線上磁場有正負梯度的變化，并且在軸線兩側(cè)的磁場有逐漸增強，這樣就形成了一個不均勻的鞍形磁場分布，由于等離子體自身的電勢是隨磁場梯度的變化而變化。在正梯度的磁場中，等離子體電勢是有所增強的；在負梯度的磁場中，等離子體電勢是有所下降的。電勢的增加有助于對電子的約束，電勢的降低有利于離子的引出。鞍形的磁場對于增強推進劑的利用率和提高推力器的效率起到很大的作用，因為正負梯度變化的磁場有利于對電子的有效約束，而通道下游的負梯度的磁場又有利于離子的引出[13,14]。圖3 r=0.04m處磁場強度沿軸向分布

圖2 磁場線分布根據(jù)實際推力器實驗數(shù)據(jù)，這里主要針對放電電壓為350V，氣量為42sccm時的穩(wěn)定放電狀態(tài)進行仿真模擬，由仿真計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)決定了電勢的分布，從而對工質(zhì)的電離和加速產(chǎn)生影響，進一步影響到推力器的宏觀性能。由推力器放電穩(wěn)定時的結(jié)果圖4（推力器內(nèi)電勢分布云圖）和圖5（徑向0.045m處的軸向電勢分布）可以看出推力器內(nèi)電勢降主要在推力器通道出口處。在緩沖區(qū)以及和緩沖區(qū)連接處的電勢變化很小。也就是在軸向距離0.35內(nèi)電勢基本上在300V以上。這種分布與參考文獻[15,16]的電勢分布基本上是一致的。從通道內(nèi)軸線上電勢分布來看，電勢在0.03m之后略有微小的增加，之后急劇下降。

【參考文獻】：
期刊論文
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