全面電推進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用,為霍爾推力器提供機(jī)遇與挑戰(zhàn)。航天任務(wù)的發(fā)展趨勢是執(zhí)行周期更長、目標(biāo)更多以及距離更遠(yuǎn),這對推力器提出上萬小時的壽命需求。磁屏蔽技術(shù)能有效降低離子對壁面侵蝕作用,壁面侵蝕不再是制約壽命的決定性因素,這一技術(shù)在未來霍爾推力器應(yīng)用中,是必不可少的關(guān)鍵技術(shù)。磁屏蔽技術(shù)一方面是形成向陽極凹陷外推磁場,另一方面要保證壁面與磁力線相匹配�；谶@兩方面問題,本文對磁屏蔽霍爾推力器磁場與壁面形貌的匹配優(yōu)化過程展開仿真分析。首先,優(yōu)化Full-PIC程序。根據(jù)電子在通道內(nèi)運動特征,將通道分區(qū)。確定不同區(qū)域電導(dǎo)率和電子傳導(dǎo)過程。傳統(tǒng)霍爾仿真中,以通道為界限區(qū)分內(nèi)、外Bohm系數(shù),而磁屏蔽推力器中優(yōu)化為按磁場梯度區(qū)分Bohm系數(shù)。從而實現(xiàn)對出口到最大磁場強(qiáng)度位置,正梯度磁場對電子的抑制過程的仿真。并通過實驗數(shù)據(jù)修正Bohm系數(shù)的選取,確保仿真結(jié)果真實可靠。其次,研究磁力線與壁面匹配模式下,磁場外推程度對放電特性的影響。通過改變磁極、磁屏相對位置與角度,得到最大磁場強(qiáng)度相同但外推程度不同的磁場結(jié)構(gòu)。通過數(shù)值仿真研究發(fā)現(xiàn),隨磁場的外推,電離和加速區(qū)位置也向下游移動,顯著影響了電離區(qū)所在位置原子... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：83 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

霍爾推力器靠近外壁面?zhèn)韧ǖ纼?nèi)放電示意圖（點劃線CL為通道中心線）以及電勢與電子溫度Te的典型分布

哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文6圖1-4H6通道形貌設(shè)計JPL通過長壽命實驗進(jìn)行H6MS和BPT-4000的磁場與壁面匹配特性研究，法國通過半經(jīng)驗特征，設(shè)計與磁場相匹配的壁面形貌。CNRS研發(fā)的小功率永磁磁屏蔽霍爾推力器ISCT200-MS，通道出口采用倒角以適應(yīng)近壁磁場結(jié)構(gòu)，通道平均直徑37mm，在通道出口2mm處，采用30°倒角設(shè)計[26，27]。通過實驗驗證，這種倒角設(shè)計能實現(xiàn)較好的磁屏蔽效果。磁場與壁面形貌的匹配設(shè)計是推力器研究過程中必經(jīng)的一個重要環(huán)節(jié)，而從目前研究現(xiàn)狀來看，主要通過實驗和經(jīng)驗指導(dǎo)設(shè)計，缺乏系統(tǒng)的分析與深入的研究，所以對于這一問題的研究具有重要意義。1.2.2磁屏蔽技術(shù)的應(yīng)用對推力器放電特性影響磁屏蔽技術(shù)的應(yīng)用雖然降低了壁面侵蝕，但是對推力器性能的優(yōu)化并不明顯，甚至有所降低。JPL的H6推力器應(yīng)用磁屏蔽技術(shù)后，推力（384.2mN）減小了4.2%，比沖（2000s）增大了2.6%，總效率（62.4%）減小了1.7%[28]。在H6羽流特性的測量中發(fā)現(xiàn)，磁屏蔽磁場下，羽流發(fā)散角變大，離子束流中多價離子比重顯著增加[29]。在小型化霍爾推力器上應(yīng)用磁屏蔽技術(shù)，JPL與UCLA（加州大學(xué)洛杉磯分校）合作開發(fā)了小功率磁屏蔽推力器MaSMi-40（通道外徑~40mm，功率320W，2013年）[30]與MaSMi-60-LM1（通道外徑~60mm，功率可達(dá)750W，2015年）[31]。其中MaSMi-60-LM1的性能表現(xiàn)較差（放電功率750W，推力33mN，陽極比沖1370s，陽極效率29%）[14，32]。在MaSMi-60-LM1基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，設(shè)計的MaSMi-60-LM2和MaSMi-DM最大總效率也僅為32.1%以及41%[33]。法國國家科

實驗前后


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