霍尔推力器通道壁面分割放电特性研究
霍尔推力器是一种为航天器在轨运行提供微小推力的装置，具有高效率、高比冲及高可靠性等优点，现已被广泛应用于航天器的轨道提升、位置保持、姿态控制等推进任务。霍尔推力器放电通道壁面材料布置对等离子体动力学特性具有重要影响，由于通道等离子体与壁面作用的物理过程十分复杂，尽管学者们针对壁面材料布置分割方法做了大量的实验和数值模拟研究，但壁面材料分割对推力器放电特性的影响机理还不完全清楚，本文采用两种壁面材料分割方法，即分别在推力器加速区出口处布置具有低发射二次电子的石墨电极材料和绝缘材料，研究其对霍尔推力器放电性能影响的物理机制，为进一步选择和布置通道壁面材料提供理论依据和优化方法。 本文针对霍尔推力器全通道放电过程建立轴对称二维物理模型，采用PIC粒子模拟方法研究了壁面分割石墨电极对霍尔推力器放电通道内离子数密度、电势分布、电离率等的影响，结果表明:壁面分割石墨电极使推力器放电通道内电势线向出口方向弯曲，径向电势降增加，离子径向速度及径向流增加，通道主流区电子温度升高，电子与壁面碰撞频率及放电电流增加。在此基础上研究了放电电压对推力器分割电极放电通道内电势、电离率及电子温度空间分布等物理参量的影响，结果表明:随着放电电压升高(250 V-650 V)，推力器加速区向阳极方向小幅轴向移动，通道内电子温度升高，在400-450 V放电电压区间内出现电子温度饱和现象。当放电电压升高至700V时，壁面分割电极后推力器加速区未出现明显轴向扩张，而放电通道内电子温度及放电电流显著增加，推力器比冲减小，性能降低。 在分析推力器通道壁面分割低发射电极材料的放电性能基础上，本文研究了分割壁面低发射二次电子绝缘材料对霍尔推力器放电特性的影响。结果表明:布置低发射二次电子石墨绝缘壁面分割长度自通道出口处至3 mm范围内时，推力器放电通道加速区缩短，轴向电势梯度增加，离子与壁面碰撞频率减小，电离率及比冲增加，推力器性能提高。
航天器;霍尔推力器;壁面分割;粒子模拟;放电特性
大连海事大学
硕士
物理学
段萍
2016
中文
V439
66
2016-08-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）