空心阴极特性及对霍尔推力器特性影响的实验研究

摘要

空心阴极作为电子源是霍尔推力器(SPT)中的关键部件之一，其作用一是提供中和来霍尔推力器离子的电子束，使SPT羽流呈准中性的等离子体流；二是向加速管提供部分电子，保证SPT内部中性气体的电离。空心阴极的工作特性是影响霍尔推力器性能的重要因素之一。
　　本文介绍了空心阴极的结构和工作原理，研究了阴极加热功率(发射体温度)对空心阴极工作参数的影响规律。随着阴极加热功率的增加，发射体温度升高，热发射电流密度增加，如果保持阴极电流不变，则发射体表面电场应减小，导致阴极电压减小，SPT推力、效率等性能有所增加。
　　空心阴极放电有多种工作模式，在某些参数范围内工作时会产生自激振荡，振荡产生的机理目前还不清楚。自激振荡导致放电电流的大幅度变化，严重影响空心阴极及SPT工作的稳定性，从而限制了SPT的工作范围。本文实验研究了质量流量、放电电流、加热功率等参数对空心阴极振荡的影响规律，给出了振荡产生的临界点随质量流量和放电电流的变化规律，为确定SPT的稳定工作范围提供了实验依据。
　　空心阴极和SPT是耦合工作的，空心阴极相对于SPT的安装位置和工作参数对SPT的性能和工作状态有很大的影响，实验研究了空心阴极的轴向安装位置和偏置距离、安装角度、阴极质量流量等对SPT的性能、羽流对称性的影响规律。实验结果表明，随着阴极安装位置相对于SPT轴向距离的增加，阴极耦合电压数值逐渐降低，SPT的加速电压相对升高，因此SPT的推力和效率增加；羽流区等离子体密度变化不明显，空间对称性变化不大。随着阴极相对于SPT的偏置距离的增加，阴极耦合电压数值有减小的趋势，导致发动机推力和效率增大；实验研究了空心阴极轴线与推力器轴线夹角为0、45和90度时阴极耦合电压的变化情况，当阴极偏置45度时，阴极耦合电压数值最小，SPT性能较好。

目录

空心阴极特性及对霍尔推力器特性影响的实验研究

EXPERIMENTAL RESEARCH ON THE INFLUENCE OFHOLLOW CATHODE TO A HALL THRUSTER

摘 要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.1.1 课题背景

1.1.2 研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状及应用

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.2.3 空心阴极的应用

1.3 本文研究内容

1.3.1 空心阴极原理及稳态特性研究

1.3.2 空心阴极振荡特性实验研究

1.3.3 空心阴极对霍尔推力器影响的实验研究

第2章 空心阴极原理及稳态特性实验研究

2.1 引言

2.2 空心阴极的基本原理

2.2.1 发射区

2.2.2 孔区域

2.2.3 触持极

2.3 空心阴极稳态特性实验研究

2.3.1 空心阴极加热功率对放电电压的影响实验

2.3.2 空心阴极质量流量对放电电压的影响实验

2.3.3 空心阴极放电电流对放电电压的影响实验

2.4 本章小结

第3章 空心阴极振荡现象的实验研究

3.1 引言

3.2 实验装置介绍

3.3 空心阴极振荡的临界状况研究

3.3.1 实验方案设计

3.3.2 实验测量结果及分析

3.4 空心阴极振荡羽流区的实验研究

3.4.1 实验方案设计

3.4.2 探针法测量空心阴极羽流区参数

3.4.3 实验测量结果及分析

3.5 本章小结

第4章 空心阴极对霍尔推力器影响的实验研究

4.1 引言

4.2 实验装置介绍

4.3 实验方案设计

4.4 空心阴极位置对霍尔推力器性能的影响及分析

4.4.1 空心阴极轴向位置对霍尔推力器性能的影响及分析

4.4.2 空心阴极偏置对霍尔推力器性能的影响及分析

4.5 空心阴极安装角度对霍尔推力器性能的影响及分析

4.6 空心阴极工作参数对霍尔推力器性能的影响及分析

4.7 本章小结

结 论

参考文献

附录一

附录二

攻读学位期间发表的学术论文

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致谢

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