单链表在离子发动机光学系统粒子模拟中的应用

目前离子发动机光学系统数值模拟大多采用PIC方法,由于该方法需要跟踪单个粒子的运动,因此需要存储每个粒子的位置信息与运动信息。传统的粒子模拟程序中,保存粒子信息大多采用数组的方式,但是采用这种方式存在弊端,例如对粒子总数变化的自适应不好。基于此开发了一种使用链式存储结构的粒子模拟程序,该程序使用带头节点的单向链表存储粒子信息。使用基于链式存储结构的PIC方法对离子发动机光学系统进行了粒子模拟,验证了链式粒子信息存储方法在粒子模拟中的可用性。模拟表明:(1)在粒子模拟中采用链式存储结构存储粒子信息,无需预先指定最大粒子总数,程序可自适应粒子总数的变化,因此无需进行试算,节省了计算时间;(2)在粒子模拟中采用链式存储结构,由于不存在内存资源的浪费,因而可显著提高程序的存储效率与计算效率。

考虑电荷交换的三维离子发动机栅极粒子模拟

为了对离子发动机光学系统进行数值分析,开发了考虑电荷交换的三维离子发动机栅极粒子模拟程序。模拟程序采用单元内粒子(PIC)方法,光学系统为双栅极结构,推进剂采用氙,总加速电压为1600V,栅极间距为1mm,粒子之间的电荷交换碰撞模型采用蒙特卡洛方法。采用链式存储结构存储粒子信息,可以实现数组式存储方法所不能实现的功能。使用粒子模拟程序对离子发动机光学系统进行了粒子模拟,模拟得到了栅极间的电场分布和氙离子空间分布。模拟结果表明,在所取工作参数下氙离子全部通过了栅极孔,未撞击到栅极上,验证了参数的合理性。

基于PIC方法的离子发动机光学系统粒子模拟

采用单元内粒子(PIC,Particle-In-Cell)方法对离子发动机光学系统进行了等离子体粒子模拟.PIC方法可有效地对等离子体进行粒子模拟,其中电场求解采用SOR(Succes-sive Over Relaxation)方法,离子加速方法采用蛙跳格式.推进剂采用氙,模拟粒子为单核离子.模拟得到了栅极间电势分布、电场强度分布及栅极间氙离子数密度分布.计算结果表明,在所取的光学系统电压参数和几何参数下,粒子束能够顺利通过栅极孔,不会撞击到栅极孔壁上.粒子模拟为今后开展离子发动机光学系统腐蚀机理分析及寿命评估提供了有效的数值方法.