霍爾推力器內(nèi)不同壁面材料誘導(dǎo)的近壁傳導(dǎo)研究.pdf

1、霍爾推力器是通過電離推進(jìn)劑，將電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的一種電推進(jìn)裝置，目前應(yīng)用較為廣泛。由于其體積小、質(zhì)量輕、精度高、推力小等特點(diǎn)，非常適合各種空間探測(cè)任務(wù)。因此，各國均針對(duì)霍爾推力器各個(gè)方面開展了大量研究以提高其性能。等離子體與壁面之間的相互作用是目前霍爾推力器通道內(nèi)眾多物理過程的研究重點(diǎn)，主要分為電子與壁面相互作用和離子與壁面相互作用兩過程。這兩個(gè)過程影響著通道內(nèi)電勢(shì)分布、壁面腐蝕等方面，從而影響霍爾推力器推力、比沖和推力器壽命等性能參數(shù)。

2、其中電子與壁面相互作用時(shí)會(huì)出現(xiàn)壁面發(fā)射二次電子的現(xiàn)象，從而影響壁面鞘層動(dòng)態(tài)特性和近壁傳導(dǎo)過程，影響推力器性能。通道內(nèi)壁面材料的二次電子發(fā)射特性是由其二次電子發(fā)射系數(shù)來表征的，本文主要在建立不同壁面材料二次電子發(fā)射模型的基礎(chǔ)上，研究不同壁面材料對(duì)鞘層動(dòng)態(tài)特性和近壁傳導(dǎo)的影響，為優(yōu)化推力器性能提供理論指導(dǎo)。
　　本文在A. I. Morozov二次電子發(fā)射模型基礎(chǔ)上，深入研究了電子與壁面碰撞中的物理過程，結(jié)合二次電子發(fā)射系數(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)

3、A. I. Morozov二次電子發(fā)射模型進(jìn)行修正，建立了符合霍爾推力器通道內(nèi)不同壁面材料發(fā)射特性的二次電子發(fā)射模型。
　　鞘層作為等離子體主流區(qū)域和壁面之間的過渡區(qū)域，對(duì)霍爾推力器性能有著重要影響。而由于鞘層實(shí)驗(yàn)測(cè)量比較困難，所以目前關(guān)于鞘層的實(shí)驗(yàn)研究較少。本文通過二維粒子模擬方法（2D+3V）建立鞘層模型，確立相應(yīng)邊界條件，重點(diǎn)研究通道壁面材料采用氮化硼、碳化硅、石墨和三氧化二鋁時(shí)對(duì)氙氣霍爾推力器壁面鞘層動(dòng)態(tài)特性的影響。研究表

4、明，二次電子發(fā)射系數(shù)越大的壁面材料，鞘層出現(xiàn)空間振蕩時(shí)對(duì)應(yīng)的電子溫度越小。當(dāng)鞘層發(fā)生空間振蕩時(shí)，鞘層內(nèi)周向電場(chǎng)和軸向電場(chǎng)數(shù)量級(jí)相當(dāng)，要遠(yuǎn)大于時(shí)間振蕩鞘層對(duì)應(yīng)的周向電場(chǎng)。
　　電子與通道壁面碰撞時(shí)導(dǎo)致電子的穩(wěn)定霍爾飄移運(yùn)動(dòng)被破壞，從而產(chǎn)生軸向電流，即為通道內(nèi)近壁傳導(dǎo)電流。這種軸向電流將影響電勢(shì)分布，進(jìn)而影響離子的軸向加速，影響霍爾推力器推力和比沖。本文通過粒子模擬方法（2D+3V）針對(duì)上述不同壁面材料對(duì)氙氣霍爾推力器近壁傳導(dǎo)的影響展

5、開研究。研究表明，當(dāng)鞘層為時(shí)間振蕩鞘層時(shí)，近壁傳導(dǎo)電流很小。當(dāng)鞘層出現(xiàn)空間振蕩時(shí)近壁傳導(dǎo)電流大幅度增加。
　　目前，霍爾推力器推進(jìn)劑主要采用氙氣、氪氣等，其中氙氣應(yīng)用最為廣泛，但是氙氣作為推進(jìn)劑的成本較高，而氪氣推進(jìn)劑的經(jīng)濟(jì)性較好。由于目前關(guān)于氪氣霍爾推力器的研究主要針對(duì)效率、比沖和推力等性能參數(shù)，而氪氣霍爾推力器近壁傳導(dǎo)過程研究較少。本文針對(duì)氪氣霍爾推力器采用不同壁面材料對(duì)壁面鞘層動(dòng)態(tài)特性和近壁傳導(dǎo)過程的影響展開研究，為霍爾推力