變電壓下霍爾推力器放電特性的研究.pdf

1、霍爾推力器(HallEffectThruster,HET)是一種理論和應(yīng)用都比較成熟的電推進(jìn)裝置,具有結(jié)構(gòu)簡單、比沖高、效率高和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。隨著長壽命衛(wèi)星平臺和深空探測等航天任務(wù)的開展,高比沖就成為了霍爾推力器的重要發(fā)展方向。理論和實驗均證明,提高放電電壓能夠有效提高比沖,但是同時也發(fā)現(xiàn),放電電壓提高之后推力器的放電特性會發(fā)生顯著變化,主要是磁場不發(fā)生變化時的高電壓下電子溫度飽和現(xiàn)象和磁場隨放電電壓提高時的高電壓下效率降低、電子電流

2、增加的現(xiàn)象。本文即從這兩個現(xiàn)象入手對變電壓下霍爾推力器的放電特性進(jìn)行了詳細(xì)研究。
　　霍爾推力器的變放電電壓運(yùn)行具有顯著的應(yīng)用背景和實際需求,因此本文首先對比國外的實驗研究進(jìn)展,進(jìn)行了詳細(xì)的變電壓放電特性和通道內(nèi)參數(shù)的實驗研究,總結(jié)了不變磁場和變磁場強(qiáng)度兩種變電壓工況下的實驗現(xiàn)象并進(jìn)行了簡要對比,為理論分析建立了實驗基礎(chǔ)。
　　粒子云(ParticleinCell,PIC)模擬方法基于等離子體的基本物理過程和統(tǒng)計方法,是霍爾

3、推力器數(shù)值模擬的重要方法。本文利用該方法對實驗現(xiàn)象進(jìn)行了定性的模擬。模擬結(jié)果顯示,在不變磁場時,低電壓下的磁場無法適應(yīng)高電壓的工作要求,通道內(nèi)的參數(shù)出現(xiàn)了突變;磁場強(qiáng)度增加時,不再出現(xiàn)突變現(xiàn)象,提高了霍爾推力器高電壓運(yùn)行范圍。
　　進(jìn)一步的,本文對影響電子溫度和電子電流的因素進(jìn)行了分析,并運(yùn)用PIC模擬結(jié)果對電子溫度飽和及電子電流增加現(xiàn)象進(jìn)行了機(jī)理分析,最終指出磁場強(qiáng)度對霍爾推力器高電壓運(yùn)行的作用,提出了兩個高電壓放電優(yōu)化的方向: