霍爾推力器通道內(nèi)磁場對放電特性的影響研究.pdf

1、霍爾推力器是一種為航天器在軌運行提供微小推力的動力裝置，具有高效率、高比沖以及高可靠性等優(yōu)點，廣泛地應(yīng)用于航天器的軌道提升、位置保持、姿態(tài)控制等推進(jìn)任務(wù)。近年來，隨著大型衛(wèi)星平臺建設(shè)、微小衛(wèi)星組網(wǎng)、深空探測等航天技術(shù)的不斷發(fā)展，相應(yīng)地對霍爾推力器的性能也提出了更高的要求，推動了其技術(shù)發(fā)展。
　　霍爾推力器依靠磁場抑制電子軸向輸運以建立強電場，從而實現(xiàn)等離子體束流加速，因而磁場是影響推力器放電特性及性能水平的關(guān)鍵因素之一，也是推力器

2、性能優(yōu)化的重要設(shè)計自由度。本文主要圍繞磁場對推力器放電特性的影響規(guī)律展開研究，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究磁場對電子輸運過程的控制，從而為磁場優(yōu)化設(shè)計提供理論依據(jù)。
　　本文的主要工作包括以下五個方面：
　　1.基于磁場影響霍爾推力器運行的物理機理，系統(tǒng)地總結(jié)了霍爾推力器對磁場強度、磁場梯度的要求，將霍爾推力器放電通道內(nèi)磁場的主要分布特點歸結(jié)為出口處磁場強度和強場區(qū)軸向磁場梯度這兩個量化參數(shù)，從而為分析磁場對霍爾推力器放電特性和電子

3、輸運過程的影響，得出與實際工況相匹配的磁場優(yōu)化選擇范圍提供了研究思路。
　　2.根據(jù)霍爾推力器對磁場強度和磁場梯度選擇的物理要求進(jìn)行了實驗設(shè)計，采用光譜儀、多柵探針、實時頻譜分析儀等測量儀器分別研究了磁場強度和磁場梯度對霍爾推力器放電特性的影響規(guī)律，并從分析推進(jìn)劑的電離特性、離子流的加速特性和強場區(qū)的等離子體振蕩特性入手，總結(jié)了磁場強度和磁場梯度的優(yōu)選范圍。
　　3.在不同工況下（放電電壓和推進(jìn)劑質(zhì)量流量），采用推力器的磁安

4、特性和多柵探針伏安特性計算得出了放電通道出口截面處電子傳導(dǎo)電流大小，并依據(jù)電子傳導(dǎo)電流與當(dāng)?shù)卮艌鰪姸鹊年P(guān)系分析了主導(dǎo)電子傳導(dǎo)機制，通過F檢驗法進(jìn)行了顯著性分析和驗證。
　　4.分析了霍爾推力器通道內(nèi)電子的能量耗散及加熱機制，通過研究不同磁場強度下電子傳導(dǎo)電流與電子溫度的關(guān)系得出了電子的主導(dǎo)加熱機制，此外，在霍爾推力器放電實驗中首次發(fā)現(xiàn)了發(fā)生于特定磁場強度范圍內(nèi)的反常電子加熱現(xiàn)象，并對這一現(xiàn)象所伴隨的不同價態(tài)粒子組分變化進(jìn)行了分析。