碘工质射频离子推力器栅极系统束流特性仿真

摘要

为分析碘工质射频离子推力器束流特性,应用粒子云网格算法(PIC),对碘工质射频离子推力器栅极系统进行三维数值仿真。碘工质电离产物中除了大量存在的I^(+),还包含少量I^(+)_(2)、I^(2+)、I^(3+)几种多价离子。对添加多价离子前后束流特性的仿真结果进行对比,得出该栅极系统离子空间分布、电势分布、离子相空间分布以及束流、束流发散角,并对变密度工况下束流大小进行统计。计算结果表明,程序能较好地模拟离子在栅极系统中的运动情况:添加多价离子后,等离子体悬浮电势有所上升,鞍点电势有所下降,但整体电势分布的变化幅度较小;添加多价离子后束流大小略有增加,束流发散角略有减小,通过理论分析可知仿真所得理论推力及理论比冲均有小幅度增加;放电室等离子体数密度增加到约2.4×10^(17)m^(-3)时,该栅极系统达到了束流引出的极限,后续增大等离子体密度引出束流不增反降。模拟结果可以为碘工质射频离子推力器栅极系统的设计提供参考。