本文關(guān)鍵詞：霍爾推進(jìn)器通道器壁腐蝕的數(shù)值模擬

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【摘要】：霍爾推進(jìn)器是電推進(jìn)器的一種,因具有高效率、高比沖、長(zhǎng)壽命和易操作等特點(diǎn),在深空探測(cè)和微小衛(wèi)星姿態(tài)控制等領(lǐng)域獲得了成功應(yīng)用,已成為航天領(lǐng)域的重要研究方向。隨著航天器向執(zhí)行任務(wù)更加復(fù)雜化,執(zhí)行任務(wù)周期不斷增加的趨勢(shì)發(fā)展,也對(duì)霍爾推進(jìn)器的工作壽命提出了更高的要求。提高霍爾推進(jìn)器的工作壽命與工作穩(wěn)定性成為電推進(jìn)技術(shù)發(fā)展中的關(guān)鍵問(wèn)題。在限制霍爾推進(jìn)器的壽命因素中,放電通道器壁的濺射腐蝕是最主要因素�；魻柾七M(jìn)器的基本特征是具有環(huán)形的放電通道,電子在通道內(nèi)電磁場(chǎng)的作用下形成霍爾漂移,通道內(nèi)電離產(chǎn)生的離子在電場(chǎng)的加速下高速噴出從而形成反沖力來(lái)推進(jìn)航天器。在放電通道內(nèi),由于電場(chǎng)與磁場(chǎng)等各種因素的影響,導(dǎo)致通道內(nèi)部分高速離子束聚焦不好而發(fā)散,濺射到通道器壁表面,對(duì)通道的器壁形成濺射腐蝕,腐蝕的累積會(huì)嚴(yán)重影響推進(jìn)器的正常工作。隨著放電通道器壁的腐蝕,推進(jìn)器的磁極會(huì)暴露在高能離子流的侵蝕之下,導(dǎo)致通道內(nèi)的磁場(chǎng)位形被破壞,推進(jìn)器性能下降,無(wú)法正常工作�；魻柾七M(jìn)器放電通道器壁被腐蝕成為制約推進(jìn)器壽命和影響運(yùn)行穩(wěn)定性的最重要問(wèn)題,因此研究霍爾推進(jìn)器放電通道腐蝕機(jī)理具有重要意義。本文建立了基于PIC-MCC(質(zhì)點(diǎn)網(wǎng)格法-蒙特卡洛碰撞法)算法的二維軸對(duì)稱模型來(lái)對(duì)霍爾推進(jìn)器通道壁面腐蝕過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬,該程序模型包括三部分:計(jì)算模型的建立及參數(shù)設(shè)置,等離子體模擬程序以及腐蝕計(jì)算程序。本課題采用Fully-Kinetic PIC-MCC方法對(duì)通道內(nèi)等離子體的運(yùn)動(dòng)行為進(jìn)行模擬,得到等離子體的分布規(guī)律。壁面腐蝕速率根據(jù)壁面材料的濺射產(chǎn)額公式計(jì)算得出。本文對(duì)SPT-100型霍爾推進(jìn)器的器壁腐蝕演化進(jìn)行了模擬,并將模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比,驗(yàn)證了模擬的準(zhǔn)確性。在此基礎(chǔ)上,還研究了推進(jìn)器運(yùn)行參數(shù)對(duì)推進(jìn)器壁面腐蝕的影響。本課題的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容是針對(duì)新一代ATON型P70霍爾推進(jìn)器的緩沖區(qū)預(yù)電離作用進(jìn)行研究,得到了不同預(yù)電離率的作用下器壁腐蝕演化的規(guī)律。研究結(jié)果表明,隨著預(yù)電離率的增大,推進(jìn)器器壁腐蝕會(huì)在一定程度上加劇,因此,在進(jìn)行新一代推進(jìn)器的研發(fā)過(guò)程中要合理選擇預(yù)電離率以提高推進(jìn)器的綜合性能。
【關(guān)鍵詞】：霍爾推進(jìn)器 器壁腐蝕 Fully-Kinetic PIC-MCC 預(yù)電離
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V439.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 緒論8-16
• 1.1 課題的研究背景及意義8-9
• 1.2 霍爾推進(jìn)器數(shù)值模擬發(fā)展概況9-11
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-15
• 1.3.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3.3 國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)綜述的簡(jiǎn)析13-15
• 1.4 主要研究?jī)?nèi)容與章節(jié)安排15-16
• 第2章 數(shù)值模擬模型的建立16-31
• 2.1 引言16
• 2.2 數(shù)值模擬相關(guān)理論16-17
• 2.3 Fully-Kinetic PIC-MCC模擬方法17-22
• 2.3.1 粒子初始狀態(tài)17-19
• 2.3.2 粒子的運(yùn)動(dòng)方程與運(yùn)動(dòng)邊界19
• 2.3.3 粒子間碰撞分析19-20
• 2.3.4 電荷分配與電場(chǎng)求解20-22
• 2.4 加速程序收斂方法22-24
• 2.5 腐蝕模型的建立24-30
• 2.5.1 腐蝕機(jī)制的闡述24-26
• 2.5.2 腐蝕速率的推導(dǎo)26-30
• 2.6 本章小結(jié)30-31
• 第3章 SPT-100 通道器壁腐蝕演化模擬分析31-46
• 3.1 引言31
• 3.2 計(jì)算區(qū)域及參數(shù)設(shè)置31-34
• 3.2.1 計(jì)算區(qū)域的選取與電勢(shì)邊界條件設(shè)置31-32
• 3.2.2 參數(shù)的無(wú)量綱化設(shè)置32-34
• 3.3 磁場(chǎng)的求解34-36
• 3.4 計(jì)算結(jié)果及分析36-43
• 3.4.1 SPT-100 工作100小時(shí)腐蝕模擬36-42
• 3.4.2 模型驗(yàn)證42-43
• 3.5 霍爾推進(jìn)器工作參數(shù)對(duì)腐蝕演化影響分析43-45
• 3.6 本章小結(jié)45-46
• 第4章 第二代ATON型推進(jìn)器器壁腐蝕研究46-59
• 4.1 引言46
• 4.2 預(yù)電離對(duì)ATON型推進(jìn)器器壁腐蝕影響的研究46-58
• 4.2.1 預(yù)電離過(guò)程研究46-48
• 4.2.2 計(jì)算區(qū)域及參數(shù)設(shè)置48-51
• 4.2.3 預(yù)電離對(duì)器壁腐蝕影響計(jì)算結(jié)果分析51-58
• 4.3 本章小結(jié)58-59
• 結(jié)論59-60
• 參考文獻(xiàn)60-64
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果64-66
• 致謝66

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1 趙杰;唐德禮;汪禮勝;;霍爾推進(jìn)器放電等離子體的數(shù)值模擬研究與發(fā)展[J];上海航天;2008年02期

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3 段萍;李，

本文編號(hào)：628836