本文關(guān)鍵詞：溫度對霍爾推力器磁場及放電性能的影響

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【摘要】：霍爾推力器從冷態(tài)到工作后熱穩(wěn)定時存在300°C以上的偏差,同時其搭載在衛(wèi)星平臺上運行時,推力器工況相對在地面設(shè)計實驗時的工作點可能會產(chǎn)生一定的偏移。磁路元件的熱堆積對放電通道內(nèi)的磁場分布產(chǎn)生了影響,從而改變了推力器的工作性能。本文利用商業(yè)軟件ANSYS熱仿真計算霍爾推力器工作過程中磁路元件的溫度變化,得到推力器各測點位置溫度分布的仿真結(jié)果。實驗測量100 min內(nèi)推力器內(nèi)外磁屏的溫度變化,得到推力器接近熱平衡時內(nèi)外磁屏溫升超過300°C。開展了太陽輻照對推力器溫度影響的仿真分析研究,得到太陽正面輻照時,推力器各部位除內(nèi)、外陶瓷溫度上升較少外,其它溫升均超過10°C,側(cè)面輻射時會在推力器陰陽兩面形成一個大約在10°C左右的溫差。用直接模擬蒙特卡羅法計算相應條件下等離子體密度和空間電勢的分布。結(jié)果表明,磁場的變化影響了通道內(nèi)電離區(qū)的軸向位置、空間電勢以及電子溫度的分布,進而改變了推力器的效率。設(shè)計軟磁材料DT4C的變溫實驗,得到了DT4C從20°C~500°C各溫度段的B-H曲線。隨著溫度的升高,在300H50A/m時,DT4C的磁導率呈減少趨勢,在H300A/m時,試件的磁導率先減少后增加再減少。然后對推力器進行二維磁場仿真,得到推力器在高溫下較常溫下時放電通道內(nèi)的磁感應強度大約下降了15%,零磁場位置向外延伸2.3 mm。提出了一種監(jiān)測推力器工作時放電通道空間磁場變化的方法,得到串聯(lián)勵磁磁場強度隨線圈電感的增加而減少。電感較小時,磁場強度與電感近似成一次函數(shù)關(guān)系。電感增加后,磁場強度下降速度變快。通過外部測量勵磁線圈電感值的變化預測放電通道內(nèi)磁場的變化,便于將推力器的工作點調(diào)節(jié)回上個狀態(tài)。監(jiān)測推力器工作90 min內(nèi)推力器各部位的溫度,當基本達到熱平衡后,得到推力器各測量點的溫度和性能參數(shù),放電電流增大,推力降低,比沖從2442 s降低到2317 s,效率也相應下降。優(yōu)化勵磁電流后,在100分鐘內(nèi)推力器性能基本不變,保持穩(wěn)定工作。
【關(guān)鍵詞】：霍爾推力器 放電特性 磁安特性曲線 在線磁場測量 磁路溫度
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V439.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 緒論10-20
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義10-14
• 1.1.1 研究背景10-13
• 1.1.2 研究的目的和意義13-14
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-19
• 1.2.1 不同勵磁方式下推力器通道磁場的研究14-15
• 1.2.2 推力器熱分析的研究15-17
• 1.2.3 磁場放電特性的研究17-19
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容19-20
• 第2章 霍爾推力器溫度仿真分析20-27
• 2.1 引言20
• 2.2 推力器熱仿真計算流程20-21
• 2.3 推力器熱仿真計算及分析21-26
• 2.3.1 計算模型21
• 2.3.2 物性參數(shù)21-22
• 2.3.3 網(wǎng)格劃分22
• 2.3.4 熱源邊界條件22-24
• 2.3.5 計算結(jié)果及分析24-26
• 2.4 本章小結(jié)26-27
• 第3章 溫度對霍爾推力器磁場的影響分析27-43
• 3.1 引言27
• 3.2 磁場強度與梯度對推力器電離的影響27-33
• 3.3 磁路材料參數(shù)對通道內(nèi)磁場的影響分析33-35
• 3.4 溫度對磁路材料參數(shù)及通道內(nèi)磁場的影響35-42
• 3.4.1 變溫試驗簡介35-37
• 3.4.2 溫度對磁路材料參數(shù)的影響分析37-40
• 3.4.3 溫度對通道內(nèi)磁場的影響分析40-42
• 3.5 本章小結(jié)42-43
• 第4章 不同溫度條件下推力器放電特性分析43-60
• 4.1 引言43
• 4.2 測試方法簡介43-45
• 4.2.1 真空系統(tǒng)43
• 4.2.2 溫度測試系統(tǒng)43-44
• 4.2.3 推力測量裝置44-45
• 4.2.4 電流測量裝置45
• 4.3 不同溫度下的推力器性能測試45-48
• 4.3.1 推力器溫度測量結(jié)果46
• 4.3.2 放電電流測量結(jié)果46-47
• 4.3.3 推力測量結(jié)果47
• 4.3.4 比沖測量結(jié)果47-48
• 4.4 不同溫度下的推力器性能差異分析48-50
• 4.4.1 磁場變化強度分析48
• 4.4.2 推力器磁安特性曲線48-50
• 4.5 磁安特性優(yōu)化后推力器性能測試50-53
• 4.5.1 推力器溫度測量結(jié)果50
• 4.5.2 放電電流測量結(jié)果50-51
• 4.5.3 推力測量結(jié)果51-52
• 4.5.4 比沖測量結(jié)果52
• 4.5.5 效率測量結(jié)果52-53
• 4.6 太陽輻照對推力器溫度的影響53-56
• 4.6.1 垂直正面照射53-54
• 4.6.2 垂直側(cè)面輻照54-56
• 4.7 推力器長期穩(wěn)定工作方法分析56-59
• 4.7.1 勵磁工作點選取原則56-57
• 4.7.2 磁路元件熱防護措施57-59
• 4.8 本章小結(jié)59-60
• 第5章 霍爾推力器在線磁場測量方法60-68
• 5.1 引言60
• 5.2 帶氣隙線圈電感的理論分析與實驗測量60-67
• 5.2.1 電感與通道內(nèi)某點磁場強度的關(guān)系研究60-62
• 5.2.2 實驗測量電感L-T的變化62-67
• 5.3 本章小結(jié)67-68
• 結(jié)論68-69
• 參考文獻69-73
• 致謝73

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本文編號：701174