穩(wěn)態(tài)等離子體推力器模化設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、穩(wěn)態(tài)等離子體推力器自從1970年成功研制以來(lái)，已經(jīng)廣泛用于衛(wèi)星各種實(shí)際飛行任務(wù)中，成為世界各航天大國(guó)電推進(jìn)裝置研究中的熱點(diǎn)。目前衛(wèi)星在軌任務(wù)的多樣性對(duì)推進(jìn)系統(tǒng)有不同的要求，這要求人們研制不同功率和推力范圍的推力器。根據(jù)現(xiàn)有的推力器進(jìn)行?；O(shè)計(jì)成為設(shè)計(jì)新推力器的一種重要途徑。
　　推力器的?；O(shè)計(jì)離不開相似準(zhǔn)則的指導(dǎo)，但目前僅有 Melikov-Morozov相似準(zhǔn)則數(shù)λion/La，主要用于描述電離過(guò)程的相似，這對(duì)于推力器的相似模

2、化設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)是不夠全面的。Khayms等人在Melikov-Morozov相似準(zhǔn)則基礎(chǔ)上提出了在直磁場(chǎng)條件下當(dāng)放電電壓不變時(shí)的?；O(shè)計(jì)方法，但理論結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果差別很大，不能很好地指導(dǎo)推力器的相似設(shè)計(jì)，因此有必要對(duì)穩(wěn)態(tài)等離子體推力器?；O(shè)計(jì)方法進(jìn)行深入研究。本文正是基于此出發(fā)點(diǎn)來(lái)展開推力器相似?；O(shè)計(jì)方法的研究工作。
　　首先本文提出了新的相似準(zhǔn)則數(shù)。基于中性氣體的連續(xù)性方程、電子和離子的動(dòng)量方程、電子的能量方程，采用方程分析法確定

3、了若干相似準(zhǔn)則數(shù)。并通過(guò)對(duì)各個(gè)準(zhǔn)則數(shù)的分析，確定了占主導(dǎo)地位的相似準(zhǔn)則數(shù)，為推力器相似模化設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)。
　　其次本文提出了直磁場(chǎng)下推力器參數(shù)間的關(guān)系及?；O(shè)計(jì)方法。通過(guò)對(duì)相似準(zhǔn)則的分析，確定了在放電電壓不變條件下的?；瘲l件。在此基礎(chǔ)上確定了穩(wěn)態(tài)等離子體推力器參數(shù)與幾何尺寸間的關(guān)系，指出了放電電壓不變條件下的?；O(shè)計(jì)方法。與Khayms?；O(shè)計(jì)方法比較，我們提出的?；O(shè)計(jì)方法與現(xiàn)有型號(hào)推力器實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好，且能夠緩解推力器小

4、型化時(shí)存在的磁飽和及離子對(duì)壁面的濺射的問(wèn)題，也可以提高推力器大型化時(shí)的功率密度和推力密度。
　　再次本文確定了彎曲磁場(chǎng)下推力器磁場(chǎng)位型、電場(chǎng)位型的變化規(guī)律，并提出了在放電電壓保持不變時(shí)的唯一設(shè)計(jì)方法：基元展開法。即在保證磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)位型、電場(chǎng)強(qiáng)度、電場(chǎng)位型、推力器通道長(zhǎng)度、通道寬度、等離子體密度均不變的條件下，根據(jù)功率要求來(lái)調(diào)整陽(yáng)極質(zhì)量流量和通道橫截面積，進(jìn)行?；O(shè)計(jì)。
　　本文還確定了磁感應(yīng)強(qiáng)度和放電電壓的匹配關(guān)系，即

5、在低電壓范圍內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度和放電電壓滿足U B∝r d的關(guān)系，而在高電壓范圍內(nèi)，磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)維持不變才能維持較高的效率，這對(duì)于高電壓的?；O(shè)計(jì)有很重要的指導(dǎo)意義。同時(shí)并結(jié)合基元展開法提出了推力器變電壓的設(shè)計(jì)方法。
　　最后基于本文提出的基元展開法設(shè)計(jì)并加工了1.5kW的推力器P100，并進(jìn)行了相關(guān)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，分別測(cè)量了推力、放電電流、羽流發(fā)散角、電子溫度、離子能量分布、磁安特性等參數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：采用真空度修正后的放電電流、推力、功