厚壁面以及变截面条件下推力器的束聚焦特性研究

摘要

Hall推力器是是一种研究深入和应用广泛的电推进系统,具有高效率、高比冲的特点,是目前除了电阻加热推力器外应用最多的电推力器。目前推力器寿命成为了它发展与应用首要解决的问题。本文会对厚壁面与不同腐蚀形貌的陶瓷对推力器束聚焦特性的影响进行实验研究与理论分析。从磁场的角度分析增加陶瓷厚度后、磁极宽度增加后的推力器特性发生的改变,从整个寿命阶段即不同腐蚀形貌的陶瓷壁面的条件下分析了推力器性能改变,从传导电流分析这种变化机理。
　　本文首先提出,增加陶瓷厚度可以提高寿命同时会造成推力器束流特变差,由于内磁极距离增加后对控制通道内离子流动的磁场发生了很大的改变,并且通过实验证明了这一点,进一步通过模拟发现,磁场强度与位型都会发生改变,而且内磁极的影响要大于外磁极,提出了内外磁极变宽的比例在1:3为最佳状态。
　　其次,我们设置三组推力器不同寿命阶段的陶瓷,通过实验研究了推力器特性的改变,研究发现随着腐蚀程度的增加推力器的效率和推力有所提高,束聚焦特性会更好,同时我们通过实验发现放电通道中放电电流会降低,离子电流基本不变,是放电通道内的电子电流降低使得推力器性能有所改善。我们也研究分析了推力器束聚焦特性的改善机理,是由于陶瓷截面变化引起通道内粒子密度发生改变造成通道内电离与加速过程发生了迁移,改善了放电特性。
　　最后,我们从传导电流出发,通过实验证明传导电流随着腐蚀程度的增加而降低,通过实验测量了不同陶瓷截面的径向传导电流分布与电势的分布,研究发现截面变化后使得通道内传导电流降低,证明了霍尔推力器性能的改善是因为截面变化后传导电流的降低引起的。

目录

摘 要

Abstract

第1章 绪 论

1.1课题来源

1.2课题的研究背景与研究意义

1.2.1研究背景

1.2.2研究意义

1.3国内外研究现状

1.3.1霊尔推力器长寿命的研究设计

1.3.2通过优化放电区域延长霊尔推力器寿命方法的研究现状分析

1.3.3通过束聚焦的方法延长霊尔推力器寿命方法的研究现状

1.4研究内容及章节安排

第2章 束聚焦长寿命霊尔推力器磁路设计研究

2.1引言

2.2磁极变化影响的初步实验

2.2.1实验设计方案

2.2.2实验结果及讨论

2.3长寿命霊尔推力器束聚焦条件下磁场的优化设计

2.3.1磁场强度、梯度对工质电离和离子加速的影响的理论分析

2.3.2束聚焦条件下霊尔推力器磁场强度与梯度的优化设计

2.4长寿命霊尔推力器束聚焦条件下放电区域的优化研究

2.4.1磁场位型对束聚焦特性的影响分析

2.4.2束聚焦条件下霊尔推力器磁场位型的设计

2.5本章小结

第3章 寿命期间霊尔推力器束聚焦变化的验证

3.1引言

3.2实验设计方案与测量装置

3.2.1实验方案

3.2.2实验装置

3.2.3实验测量方法

3.3寿命期间对通道内部放电特性的影响研究

3.3.1变截面对推力器效率与推力实验结果与分析

3.3.2变截面对离子电流的实验结果与分析

3.3.3变截面对放电电流的实验结果与分析

3.4寿命期间对等离子体束聚焦的影响研究

3.4.1变截面对推力器束聚焦的影响的实验研究

3.4.2变截面对推力器束聚焦的影响的理论分析

3.5本章小结

第4章 寿命期间束流特性的机理研究

4.1引言

4.2电子传导电流理论分析

4.3实验方案设计与数据处理方法

4.3.1实验方案设计

4.3.2传导电流-双探针的制作方法与测量方法

4.3.3传导电流-双探针数据的处理方法

4.4实验结果

4.4.1上同截面下的径向电势分布实验结果及分析

4.4.2上同截面下的传导电流分布实验结果及分析

4.5束聚焦与非束聚焦条件下传导电流的变化研究

4.5.1束聚焦与非束聚焦条件下传导电流的实验对比

4.5.2束聚焦与非束聚焦条件下传导电流变化的理论分析

4.6本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明

致 谢