真空環(huán)境對(duì)霍爾推力器性能影響的理論和實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、霍爾推力器具有高效率、高比沖以及高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，自從1970年成功研制以來，已經(jīng)廣泛用于衛(wèi)星的姿態(tài)控制、位置保持和精確定位等航天任務(wù)中。它能夠提高衛(wèi)星的有效載荷，節(jié)約發(fā)射成本，完成遠(yuǎn)距離的探測(cè)任務(wù)，現(xiàn)已成為世界各航天大國電推進(jìn)裝置研究中的熱點(diǎn)。目前俄羅斯、美國、中國等很多國家都加大了對(duì)霍爾推力器的研究力度。由于現(xiàn)在對(duì)霍爾推力器的研究都是在地面實(shí)驗(yàn)設(shè)備模擬的真空環(huán)境下進(jìn)行的，模擬的真空環(huán)境和實(shí)際的太空環(huán)境存在很大的差別，給霍爾推力器的研究

2、工作帶來很大的影響。本文旨在初步研究真空環(huán)境對(duì)霍爾推力器性能的影響，從而為推力器應(yīng)用于航天任務(wù)提供必要的依據(jù)，具體的工作內(nèi)容包括以下幾方面：
　　背景氣體成分對(duì)推力器性能的影響分析。在模擬真空環(huán)境的過程中，由于真空獲得方式不同，在背景氣體中殘留的氣體成分也不同。這些氣體成分會(huì)對(duì)推力器性能產(chǎn)生一定的影響，例如氫氣會(huì)改變推力器通道內(nèi)壁物質(zhì)成分，使推力器震蕩加大；負(fù)離子會(huì)嚴(yán)重腐蝕推力器通道，使推力器工作狀態(tài)變壞等等。本文主要從真空獲得和

3、推力器性能的角度出發(fā)，對(duì)氣體成分做了詳細(xì)的論證和分析。
　　真空背景氣體壓力（簡稱真空背壓）對(duì)霍爾推力器性能的影響。當(dāng)真空背壓過高時(shí)，真空室內(nèi)氣體分子由于熱運(yùn)動(dòng)的原因會(huì)擴(kuò)散到推力器通道內(nèi)部，它在電子的碰撞作用下被電離，最終以離子的形式被電場加速噴出，勢(shì)必會(huì)影響到推力器的推力，效率，放電電流和比沖等參數(shù)。當(dāng)真空背壓過低時(shí)，推力器出口噴出的快速離子會(huì)直接轟擊真空室壁面，可能在壁面上打擊出其他粒子，這種粒子也會(huì)對(duì)推力器性能產(chǎn)生很大的影響

4、。要想減少這種影響，勢(shì)必要增大真空罐體的尺寸，但是由于制作工藝、費(fèi)用等各方面因素的制約，無限制地增加真空罐體的尺寸是不能實(shí)現(xiàn)的。所以本文深入的研究了背壓對(duì)霍爾推力器性能的影響，為后續(xù)推力器研究提供了理論依據(jù)。
　　推力器最優(yōu)工作狀態(tài)下真空背壓和磁場位形匹配關(guān)系研究。推力器的工作機(jī)理主要就是利用電磁場的相互作用使粒子電離后加速噴出，從而產(chǎn)生推力。磁場會(huì)對(duì)推力器性能產(chǎn)生很大影響，而背壓的變化又會(huì)影響到推力器的工作狀態(tài)，所以背壓和磁場之

5、間的匹配關(guān)系就顯得較為重要。本文從實(shí)驗(yàn)的角度出發(fā)，對(duì)推力器最優(yōu)工作時(shí)背壓和磁場位型的關(guān)系做了較深入的研究，得出了背壓變化可以通過調(diào)整磁場來使推力器工作狀態(tài)最佳的結(jié)果，并給出哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文了霍爾推力器實(shí)驗(yàn)研究的最佳背壓條件。
　　多柵探針驗(yàn)證真空背壓對(duì)霍爾推力器性能影響實(shí)驗(yàn)。推力器內(nèi)部的電離過程是解釋真空背壓對(duì)其影響的關(guān)鍵，但用等離子體診斷手段直接測(cè)量內(nèi)部參數(shù)存在一定的困難，本文利用了離子能量分布函數(shù)和推力器通道內(nèi)部