隨著航天技術的發(fā)展,電推進（Electric Propulsion,EP）技術在太空探索中發(fā)揮越來越重要的作用,微陰極電弧推力器（Micro-Cathode Arc Thruster,μ-CAT）是一種新型的脈沖放電推力器,由推力器放電腔室、外加磁路裝置和脈沖高壓電源組成。其利用電源加在放電腔室陰陽極之間的脈沖高壓擊穿電極,發(fā)生電弧放電現象,不斷燒蝕并擊穿陰極金屬材料產生等離子體,在磁路裝置產生的磁場作用下加速噴出,產生推力。μ-CAT具有質量和體積小、比沖高、加工簡單、不需攜帶額外工質等特點,便于實現批量生產和模塊化組裝,可用于航天器軌道變遷、誤差補償、深空探測等,在微納衛(wèi)星中有廣泛應用。本文總結歸納了國內外μ-CAT的發(fā)展現狀,詳細分析了μ-CAT的工作原理,并對同軸型微陰極電弧推力器進行了數值模擬及實驗研究。首先使用等離子體粒子模擬（Particle in Cell,PIC）的算法編寫了羽流模擬程序,在保證重要物理參數模擬結果正確前提下,利用縮比算法和運動轉換公式等縮短了程序的計算時長,加速收斂。程序對給定工況下的μ-CAT的等離子體羽流進行了模擬計算,得到了計算區(qū)域的粒子密度分... 

【文章來源】：大連理工大學遼寧省211工程院校985工程院校教育部直屬院校

【文章頁數】：74 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 電推進技術概述
    1.3 微陰極電弧推力器發(fā)展現狀
        1.3.1 μ-CAT實驗研究發(fā)展現狀
        1.3.2 μ-CAT數值模擬發(fā)展現狀
    1.4 微陰極電弧推力器工作原理
    1.5 本文的研究內容
2 μ-CAT的 PIC計算方法
    2.1 μ-CAT數值模擬的基本流程
    2.2 泊松方程的求解
    2.3 電磁線圈磁場求解
    2.4 粒子的運動
    2.5 粒子電荷的權重分配
    2.6 收斂條件
    2.7 μ-CAT計算模型及縮比方法
        2.7.1 μ-CAT計算模型
        2.7.2 PIC計算穩(wěn)定性條件
        2.7.3 網格劃分及縮比算法
    2.8 本章小結
3 μ-CAT數值模擬結果
    3.1 初始條件模擬結果
        3.1.1 電磁線圈模擬結果
        3.1.2 等離子體羽流模擬結果
    3.2 電磁線圈位置影響
    3.3 電磁線圈電流大小影響
    3.4 本章小結
4 μ-CAT實驗平臺的搭建
    4.1 μ-CAT放電腔室材料與結構
        4.1.1 μ-CAT放電腔室材料
        4.1.2 μ-CAT放電腔室結構
    4.2 電磁線圈材料與結構
    4.3 實驗平臺設計
        4.3.1 真空艙體設計
        4.3.2 實驗測試裝置
    4.4 本章小結
5 μ-CAT放電性能研究
    5.1 μ-CAT放電點火現象
    5.2 陰極燒蝕
    5.3 絕緣陶瓷侵蝕
    5.4 μ-CAT伏安特性
    5.5 本章小結
6 結論與展望
    6.1 結論
    6.2 工作展望
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
[1]影響環(huán)形微陰極電弧推力器壽命的因素研究[J]. 田雷超,李林,杭觀榮,康小錄.  宇航學報. 2019(12)
[2]空間電推進技術應用現狀與發(fā)展趨勢[J]. 康小錄,張巖.  上海航天. 2019(06)
[3]微陰極電弧推力器工作性能影響因素研究[J]. 耿金越,秦宇,龍軍,劉旭輝,沈巖.  推進技術. 2020(01)
[4]中國電推進技術發(fā)展及展望[J]. 于達仁,喬磊,蔣文嘉,劉輝.  推進技術. 2020(01)
[5]離子推力器應用前景展望研究[J]. 伍賽特.  能源研究與管理. 2019(01)
[6]中國微納衛(wèi)星產業(yè)發(fā)展態(tài)勢分析[J]. 滿璇.  衛(wèi)星應用. 2019(02)
[7]微陰極電弧推力器放電特性研究[J]. 周思齊,耿金越,夏廣慶,王鵬.  真空科學與技術學報. 2019(01)
[8]微小衛(wèi)星標準化現狀的分析及思考[J]. 王鑫,張妍,尹玉明,尹佳琪.  中國航天. 2018(12)
[9]微陰極電弧推力器磁路設計[J]. 耿金越,周思齊,夏廣慶,陳君,沈巖.  中國空間科學技術. 2018(05)
[10]微納衛(wèi)星產業(yè)發(fā)展探討[J]. 閆驍絹,張銳,謝祥華,余勇.  航天器工程. 2018(04)

碩士論文
[1]微弧陰極放電推力器系統(tǒng)設計及性能測試[D]. 王鵬.大連理工大學 2017
[2]霍爾推力器通道壁面分割放電特性研究[D]. 曹安寧.大連海事大學 2016



本文編號：3643047