离子推力器放电室等离子体电势诊断方案研究

放电室是离子推力器核心部件,目前国内尚未开展离子推力器的等离子体参数诊断工作。应用发射探针诊断离子推力器放电等离子体的参数,介绍了发射探针诊断等离子体电势的原理,发射探针诊断离子推力器放电室等离子体的方案及探针系统的组成。说明了数据处理方法和探针诊断的影响因素。     

放电室等离子体诊断朗缪尔探针设计分析

放电室是离子推力器的核心部件,国外开展离子推力器放电室等离子体诊断的实验研究工作较早也较成熟,目前国内开展离子推力器放电室的等离子体参数诊断相关实验研究较少。应用朗缪尔探针可诊断离子推力器放电室等离子体的参数,介绍了朗缪尔探针的基本原理及数据处理并设计了一种用于离子推力器放电室等离子诊断的朗缪尔探针,说明了朗缪尔探针诊断误差的影响因素并提出了相应的处理方法。     

离子推力器挡板通道等离子体模型研究进展

离子推力器挡板通道结构对放电室性能至关重要,通道尺寸严重影响进入放电室的原初电子能量和速度分布。离子推力器通过设置阴极挡板可有效提高离子光学系统引出束流分布的均匀性,进而改善推力器的连续工作稳定性。介绍了Brophy关于发散场离子推力器挡板通道附近等离子体模型原理研究推导过程,以及通过实验测量卡夫曼型离子推力器挡板通道等离子体参数的分布情况,通过采用朗缪尔探针测量技术,获得挡板通道附近等离子体参数分布图,对将来10 cm离子推力器挡板通道等离子体参数分布研究起到理论指导作用。     

离子推力器放电室等离子体诊断技术研究进展

离子推力器放电室等离子体诊断对研究放电室等离子体特性及放电室性能具有重要意义。为了研究离子推力器放电室等离子体放电过程,调研了国外离子推力器放电室等离子体诊断技术的研究现状,分析了接触式静电探针技术和非接触式光谱技术的工作原理、应用范围、实施要点、技术成熟性、诊断可靠性等。静电探针技术成熟、理论较完善、成本低、操作方便,但会对等离子体产生干扰;光谱技术显著降低了诊断工具对等离子体的干扰,能获得较多精确的等离子体参数,越来越多的应用于等离子体诊断领域。调研分析可以为国内离子推力器放电室等离子体诊断技术提供参考。     

氙离子推力器放电室等离子体离子产生成本的测量与分析

离子推力器放电室等离子体离子的产生成本是影响推力器性能优劣的重要参数之一.从理论上分析了影响等离子体产生离子的能量消耗成本的基本因素,同时测量了不同工作条件下离子推力器的等离子体离子能量消耗成本值.试验结果与理论分析取得了良好的一致性.通过对试验结果的分析,得到离子推力器放电室等离子体离子消耗成本的最佳选取点.     

环型离子推力器放电室参数对推力器性能的影响

环型离子推力器放电室参数对其推力和比冲等具有显著影响.利用基于混合宏粒子(Hybrid-PIC)解耦迭代算法,对环型离子推力器稳态放电过程进行了三维仿真模拟,发现放电室参数对推力器的推力、比冲、放电损耗、电离率以及放电室出口处离子分布均匀性均会产生影响.研究结果表明,增大环型离子推力器阴极长度,会使原初电子和等离子体在...     

10cm离子推力器挡板通道设计模型研究

发散场离子推力器挡板通道结构对放电室性能至关重要,通道尺寸严重影响进入放电室的原初电子能量和速度分布,进而影响放电室性能。根据挡板通道区域等离子体物理过程,建立了与离子推力器工作宏观物理量相关的挡板通道设计模型。利用模型计算了10 cm离子推力器挡板通道几何参数,在计算的理论值附近设计了三种不同特征尺寸的挡板结构,并通过试验开展了特征尺寸的优化。最终优化的挡板通道结构应用于10 cm离子推力器原理样机,该原理样机的性能摸底试验表明其放电室性能满足设计指标要求,从而验证了10 cm离子推力器挡板通道设计模型的合理性。     

微阴极电弧推力器放电特性研究北大核心CSCD

相对于大型卫星,微纳卫星具有模块化、发射灵活、可编队飞行等特点。微阴极电弧推力器(μ-CAT)是一种适用于微纳卫星的推进装置,具有体积小、质量轻、功耗小等特点。本文分析了μ-CAT的工作原理,对推力器结构进行了设计,并利用高真空电推进实验平台,完成了对推力器放电特性实验装置的搭建。在高真空条件下对μ-CAT进行了点火试验,测试了推力器放电时的伏安特性曲线,分析了单脉冲周期的电压电流变化规律。随后分别在有无外加磁场的条件下,采用法拉第探针测量了μ-CAT等离子体离子电流空间分布情况,实验结果表明磁场具有减小等离子体羽流发散角的作用。研究工作可为后续推力器放电参数优化设计和羽流测量工作提供理论指导。     

微阴极电弧推力器放电特性研究

相对于大型卫星,微纳卫星具有模块化、发射灵活、可编队飞行等特点。微阴极电弧推力器(μ-CAT)是一种适用于微纳卫星的推进装置,具有体积小、质量轻、功耗小等特点。本文分析了μ-CAT的工作原理,对推力器结构进行了设计,并利用高真空电推进实验平台,完成了对推力器放电特性实验装置的搭建。在高真空条件下对μ-CAT进行了点火试验,测试了推力器放电时的伏安特性曲线,分析了单脉冲周期的电压电流变化规律。随后分别在有无外加磁场的条件下,采用法拉第探针测量了μ-CAT等离子体离子电流空间分布情况,实验结果表明磁场具有减小等离子体羽流发散角的作用。研究工作可为后续推力器放电参数优化设计和羽流测量工作提供理论指导。     

静电离子探针在气体放电磁化等离子体参数测量中的应用

为测量气体放电磁化等离子体离子参数,建立了一套静电离子探针诊断系统,进行了从近芯部到边缘区的离子温度分布的测量,结果与常规朗缪尔探针对电子参数的测量结果吻合。     

离子推力器放电室工作性能的模型与模拟技术研究现状

详细介绍了当前国外在离子推力器放电室理论分析模型和数值计算模型方面的研究进展。并就每种模型的特点、应用范围、前景及所采用的模拟方法进行了叙述。     

30cm口径离子推力器热特性模拟分析

为了对30 cm口径LIPS-300推力器的热设计提出合理建议,利用有限元分析软件对LIPS-300离子推力器进行地面稳态及热应力分析。结果显示处于大流量点火工作状态时,离子推力器的高温部件主要是阳极筒锥段、屏栅筒以及后极靴,当推力器达到稳态后,阳极筒和后外壳锥段的热形变占主要地位。根据仿真分析得出的热设计优化结论是提高LIPS-300离子推力器内外部件的表面发射率是可以降低内部部件温度,并满足磁钢工作温度上限的有效方法。     

不同磁感强度下LIPS-200离子推力器放电室性能的研究

离子推力器放电室内永久磁铁产生的磁场大小及分布对提高放电室放电效率和约束等离子体起着非常重要的作用。利用离子推力器性能模型并结合试验测得的束流离子生产成本,分析放电室内磁感强度大小对LIPS-200离子推力器放电室性能的影响。数值计算结果显示永久磁铁厚度增加1mm,放电室内的磁感强度从原来的5．0×10^-3～3．0×10^-2T增加至1．0×10^-2-5．0×10^-2T。理论分析结果显示磁感强度增加50％,原初电子平均约束时间增加49．9％、原初电子和中性气体之间的碰撞概率增加6．9％、离子损耗减小64％、束流离子生产成本降低18．1％、推进剂利用率提高7．4％。放电损耗、推进剂利用率与磁感强度大小呈线性关系。该研究能够为今后离子推力器设计提供一定的参考。     

Studying impurities in the plasma jet of a closed-electron-drift thruster

A new approach to the real-time diagnostics of the erosion of walls in the discharge chamber of a plasma accelerator (thruster) with closed electron drift (CED) is described. The proposed method is based on the measurement of intensities of (i) the spectral lines of atoms sputtered from the discharge chamber walls and (ii) the reference lines of the neutral working gas component. The rate of erosion of the dielectric walls in a discharge chamber of a CED thruster has been measured for the discharge voltage increased from 300 to 700 V. An experimental relationship is established that takes into account changes in the velocities and charge states of the sputtered species and allows the proposed method to be used for various discharge voltages.     

Determining the efficiency of a plasma thruster with closed electron drift

We propose a new method for the analysis of the efficiency of ion generation and acceleration, which can be used to determine the ion current in a plasma accelerator (thruster) with closed electron drift. The method is based on the measurement of the energy and angular distributions of ions in the plasma jet, the discharge power, and the jet thrust. The laws of variation of the plasma thruster efficiency as a function of the discharge voltage in the interval of 300–1000 V have been studied.     

The effect of magnetic field configuration and propellant supply rate on insulator erosion in a hall thruster

Dependence of the rate of insulator erosion on the walls of discharge chamber of a Hall thruster on the propellant supply rate and magnetic field configuration at a constant discharge voltage has been studied. The regime of thruster operation was controlled by varying the propellant mass flow rate. The magnetic field configuration was optimized by monitoring the intensity of the spectral line of sputtered boron atoms. It is established that the rate of insulator erosion in the discharge chamber significantly decreases upon optimization of the magnetic field configuration, while the integral characteristics of the thruster change rather insignificantly. With the optimum magnetic field configuration, the rate of erosion of discharge chamber walls depends rather insignificantly on the propellant supply rate.     

Pulsed operation of low-power plasma thruster

Integral and local characteristics of the laboratory model of a low-power plasma thruster operating in a pulsed regime have been experimentally studied. Rectangular pulses of discharge current with the leading and trailing fronts not exceeding 1 ms have been obtained. At an average supplied electric power of ∼150 W, the propulsion efficiency amounted to 35%. The plasma concentration, electron temperature, and potential distributions in the output plasma jet have been measured using an electric probe. These measurements showed that a well formed plasma jet with a small divergence angle exists behind the thruster edge.     

离子推力器非预期电击穿的主要诱发因素及机制

离子推力器的非预期电击穿直接影响其工程应用的工作可靠性.在阐明非预期电击穿基本问题现象及后果的基础上,从电极表面金属微凸结构、低气压环境、等离子体环境、电极间漂浮颗粒物、电极间绝缘体(层)等五个方面梳理了诱发非预期电击穿的主要因素;针对主要诱发因素具体讨论了场增强电子发射、低气压放电、材料热蒸发及电离、电子反流、带电粒...