發(fā)布時間：2017-08-22 19:10

  本文關(guān)鍵詞：霍爾推力器全通道等離子體放電特性PIC模擬研究

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【摘要】：霍爾推力器是一種廣泛應(yīng)用于空間推進(jìn)領(lǐng)域的電磁式等離子體加速裝置,其中空共軸的圓柱形放電通道是推力器的核心部件之一,通道內(nèi)部電磁場作用下的等離子體放電特性對推力器的性能具有重要影響。由于放電電壓和工質(zhì)流量是影響推力器通道內(nèi)等離子體運(yùn)動的重要參數(shù),因此,研究不同條件下霍爾推力器放電通道內(nèi)電子與原子的碰撞電離及離子的加速聚焦過程,對霍爾推力器生成高速均勻的等離子體束流具有重要意義。本文根據(jù)霍爾推力器放電通道內(nèi)電磁場與等離子體互相作用過程建立全通道二維物理模型,確定模擬區(qū)域及邊界條件,采用PIC (Particle-in-Cell)模擬方法數(shù)值研究了壁面通道電勢、電子溫度、離子密度分布隨放電電壓及工質(zhì)流量的變化規(guī)律；討論了工質(zhì)流量對離子電流、推力及推進(jìn)效率的影響。針對不同放電電壓,研究結(jié)果表明：當(dāng)放電電壓較低時(250V-350V),電離區(qū)位于軸向0.02m附近且軸向分布距離較長,電勢分布不隨放電電壓的升高發(fā)生明顯變化,電勢降集中于通道出口處,加速區(qū)軸向范圍較小；當(dāng)放電電壓繼續(xù)升高時(400-650V),電離區(qū)逐漸向陽極方向趨近且軸向距離縮短,電勢降逐漸向陽極方向軸向擴(kuò)張,通道內(nèi)等勢線與壁面產(chǎn)生夾角,加速區(qū)軸向范圍擴(kuò)大,當(dāng)放電電壓為400V-450V時通道內(nèi)電子溫度發(fā)生“突變”；放電電壓升至700V時,電離區(qū)被壓縮至陽極附近,而加速區(qū)軸向距離增加較大。改變工質(zhì)流量對霍爾推力器放電特性的影響研究表明：低工質(zhì)流量(2-4mg/s)下,隨著工質(zhì)流量的增大,電離區(qū)電子數(shù)密度增大,加速區(qū)位于通道出口處較窄區(qū)域且電子溫度逐漸增大,電勢降主要集中在通道出口處,推力及離子電流逐漸增大,推進(jìn)效率無明顯變化；高工質(zhì)流量(5-6mg/s)下,電離區(qū)趨向陽極方向,加速區(qū)出現(xiàn)明顯軸向擴(kuò)張,電勢降集中于軸向0.015m至通道出口處,等勢線與壁面的徑向夾角增大,推力、離子電流及推進(jìn)效率逐漸下降。
【關(guān)鍵詞】：霍爾推力器 放電電壓 工質(zhì)流量 PIC模擬
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V439
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-21
• 1.1 研究背景及意義10-15
• 1.2 霍爾推力器全通道等離子體放電特性研究現(xiàn)狀15-17
• 1.3 霍爾推力器全通道等離子體數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀17-19
• 1.4 論文主要內(nèi)容及章節(jié)安排19-21
• 第2章 霍爾推力器放電通道物理模型及模擬方法21-35
• 2.1 引言21
• 2.2 物理模型的建立21-29
• 2.2.1 物理模型21-23
• 2.2.2 模擬區(qū)域及磁場位形的分布23
• 2.2.3 邊界條件23-25
• 2.2.4 粒子間碰撞分析25-29
• 2.3 PIC(Particle-in-Cell)模擬方法29-33
• 2.3.1 發(fā)展歷史及基本思路29-30
• 2.3.2 初始粒子分布30-31
• 2.3.3 泊松方程求解31-33
• 2.3.4 運(yùn)動方程求解33
• 2.4 無量綱化參數(shù)33-34
• 2.5 本章小結(jié)34-35
• 第3章 放電電壓對霍爾推力器全通道放電特性的影響研究35-43
• 3.1 引言35
• 3.2 電子數(shù)密度隨放電電壓的變化規(guī)律研究35-37
• 3.3 電子溫度隨放電電壓的變化規(guī)律研究37-39
• 3.4 放電電壓對放電通道電勢的影響39-41
• 3.5 放電電壓對霍爾推力器比沖的影響41-42
• 3.6 本章小結(jié)42-43
• 第4章 工質(zhì)流量對霍爾推力器全通道放電特性的影響研究43-48
• 4.1 引言43
• 4.2 電子數(shù)密度隨工質(zhì)流量變化規(guī)律的研究43-44
• 4.3 電子溫度隨工質(zhì)流量變化規(guī)律的研究44-45
• 4.4 電勢隨工質(zhì)流量變化規(guī)律的研究45-47
• 4.5 本章小結(jié)47-48
• 第5章 工質(zhì)流量對霍爾推力器性能的影響分析48-51
• 5.1 引言48
• 5.2 離子電流及推力隨工質(zhì)流量的變化規(guī)律48-50
• 5.3 推進(jìn)效率隨工質(zhì)流量的變化規(guī)律50
• 5.4 本章小結(jié)50-51
• 結(jié)論與展望51-53
• 參考文獻(xiàn)53-60
• 攻讀學(xué)位期間公開發(fā)表論文60-61
• 致謝61

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 張郁;電推進(jìn)技術(shù)的研究應(yīng)用現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢[J];火箭推進(jìn);2005年02期

2 謝澤華;周進(jìn);李自然;;脈沖等離子體推力器內(nèi)部流場的數(shù)值分析[J];火箭推進(jìn);2014年01期

3 寧中喜;張世強(qiáng);于達(dá)仁;;低功率變截面通道霍爾推力器電離特性[J];推進(jìn)技術(shù);2011年06期

4 段萍;沈鴻娟;劉金遠(yuǎn);李，

本文編號：720878