本文關鍵詞：霍爾推力器背景磁場優(yōu)化及其對等離子體特性影響的數(shù)值研究

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【摘要】：隨著人們對太空探索的增多,推進技術得到了長足的發(fā)展。許多推力器被研制出來。其中,霍爾推力器以其效率高、比沖大、使用壽命長以及推力精細等優(yōu)點獲得了廣泛地應用。霍爾推力器中物理過程十分復雜,其中許多機制還不是很清楚,為了提高推力器在實際應用中的效率,弄清楚這些物理機制很重要。此外,推力器的尺寸很小,進行實驗研究具有一定的難度,因此,關于推力器物理機制的理論以及模擬的研究十分必要。本文數(shù)值模擬了霍爾推力器中的磁場,對磁場進行了優(yōu)化研究；以模擬出來的磁場作為背景磁場,對霍爾推力器中等離子體進行了二維流體模擬,研究了背景磁場對等離子體特性的影響�；魻柾屏ζ髦�,磁場會約束電子運動,卻不足以約束離子,離子被電場加速,進而被噴出。磁場位形會對推力器的電勢分布產生影響,進而影響推力器的整體性能。歷史上推力器性能的提升都伴隨著磁場位形的優(yōu)化。因此,研究影響磁場位形的因素是十分必要的。本文數(shù)值模擬了磁屏,磁極和輔助線圈對磁場位形的影響。研究發(fā)現(xiàn)磁屏與磁極之間的縫隙大小會對通道中的磁場強度和磁鏡比產生影響；內磁極高于外磁極時,出口處磁力線與出口截面平行,是一種相對更優(yōu)化的磁場位形；輔助線圈電流強度會影響磁場強度和“零磁區(qū)域”位置,電流增大時,磁鏡比增大,磁場梯度隨著線圈與陽極距離變小而變大。推力器中,電子傳導、電子漂移、電子碰撞等物理過程都對霍爾推力器的性能有很大的影響。本文采用二維流體模擬的方法,討論了磁場對電子運動的影響。由于電子、離子的時間尺度相差很大,對離子做了漂移擴散近似,對電子采用普通的流體模型。通過對數(shù)值解的分析發(fā)現(xiàn),當磁場強度大于某一值時,磁場能夠很好的約束電子的軸向傳導；當磁場強度變大時,環(huán)向速度會先變大然后再變小。等離子體特性對推力器性能有非常大的影響。因此,對它的研究十分重要。本文利用二維流體模擬(忽略了電子以及離子動量方程中的慣性項)研究了通道中等離子體的分布。采用有限差分法對模型進行了離散求解,分析了不同磁場對等離子體物理特性的影響。根據(jù)數(shù)值結果,通道中出現(xiàn)了頻率在MHz量級的高頻震蕩。加入磁屏,頻率變小。出口處磁力線準直性下降,更高頻率的不規(guī)則震蕩變明顯。存在“零磁區(qū)域”時,高頻不規(guī)則震蕩得到抑制,同時MHz量級震蕩的頻率增大。當磁力線凸向陽極的時候,等離子體分布集中在通道中央；“零磁區(qū)域”的存在使密度峰值遠離陽極。
【關鍵詞】：霍爾推力器 磁場 電子運動 高頻震蕩 流體模擬
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V439
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-20
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 霍爾推力器的結構以及工作原理10-11
• 1.3 磁場對霍爾推力器的影響11-14
• 1.3.1 霍爾推力器磁場的研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3.2 霍爾推力器磁場的設計準則12-14
• 1.4 霍爾推力器中電子的傳導過程14-17
• 1.4.1 經典傳導15-16
• 1.4.2 玻姆傳導16
• 1.4.3 近壁傳導16-17
• 1.5 霍爾推力器中震蕩現(xiàn)象的研究17-18
• 1.6 論文的主要內容18-20
• 2 霍爾推力器背景磁場優(yōu)化的數(shù)值研究20-31
• 2.1 引言20
• 2.2 模型20-22
• 2.3 數(shù)值方法22-23
• 2.4 數(shù)值結果與討論23-30
• 2.4.1 磁屏對磁場位形的影響23-25
• 2.4.2 內外磁極高度對磁場位形的影響25-27
• 2.4.3 輔助線圈對磁場位形的影響27-30
• 2.5 結論30-31
• 3 霍爾推力器背景磁場對等離子體中電子運動行為影響的數(shù)值研究31-38
• 3.1 引言31
• 3.2 模型31-33
• 3.3 結果與討論33-37
• 3.4 結論37-38
• 4 霍爾推力器背景磁場對高頻震蕩影響的數(shù)值研究38-50
• 4.1 引言38
• 4.2 模型38-40
• 4.3 結果與討論40-48
• 4.3.1 磁屏的影響40-45
• 4.3.2 磁極相對高度的影響45-46
• 4.3.3 輔助線圈的影響46-48
• 4.4 結論48-50
• 結論50-51
• 參考文獻51-55
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況55-56
• 致謝56-57

【共引文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 于達仁;劉輝;付海洋;;Effect of Magnetic Mirror on the Asymmetry of the Radial Profile of Near-Wall Conductivity in Hall Thrusters[J];Plasma Science and Technology;2009年03期

2 趙海龍;王春生;嚴禹明;劉洪臣;江濱浩;;Improvement of Azimuthator Based on Particle Simulation[J];Plasma Science and Technology;2015年01期

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 李鴻;霍爾推力器壽命周期內電子近壁傳導特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2011年

2 李杰;大高徑比霍爾推力器的理論與實驗研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2011年

3 劉輝;霍爾推力器電子運動行為的數(shù)值模擬[D];哈爾濱工業(yè)大學;2009年

4 張鳳奎;霍爾推力器絕緣壁面鞘層動態(tài)特性及其對近壁傳導的影響[D];哈爾濱工業(yè)大學;2009年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 李鴻;電子傳導特性對穩(wěn)態(tài)等離子推進器影響的數(shù)值模擬[D];哈爾濱工業(yè)大學;2006年

2 疏舒;壁面二次電子發(fā)射對SPT鞘層及近壁傳導的影響研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2006年

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4 付海洋;磁場位形對霍爾推力器內電子運動的影響研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2008年

5 賈景衛(wèi);霍爾推力器傳導溝槽對近壁傳導影響的粒子模擬[D];哈爾濱工業(yè)大學;2009年

6 任靜;霍爾推力器中背景磁場對電子行為影響的數(shù)值研究[D];大連理工大學;2014年

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本文編號：1076084