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60 mm口径霍尔推力器放电特性数值模拟与试验
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作者 郭伟龙 高俊 +2 位作者 顾左 杨威 孙明明 《科学技术与工程》 北大核心 2021年第21期9137-9143,共7页
为了明晰小功率霍尔推力器放电特性,为后续工程应用及优化提供帮助,基于兰州空间技术物理研究所研制的60 mm口径小功率霍尔推力器LHT-60,建立了二维轴对称模型,利用流体方法对推力器放电室内等离子体放电特性进行了数值模拟,获得了推力... 为了明晰小功率霍尔推力器放电特性,为后续工程应用及优化提供帮助,基于兰州空间技术物理研究所研制的60 mm口径小功率霍尔推力器LHT-60,建立了二维轴对称模型,利用流体方法对推力器放电室内等离子体放电特性进行了数值模拟,获得了推力器启动过程中的等离子体分布变化,并模拟推力器额定工况稳态下的等离子体、电子温度以及空间电势等关键参数。额定工况下计算推力和阳极比冲分别为21.18 mN、1257 s。同时,为验证推力器宽功率范围工作能力,在阳极流率1.1~1.7 mg/s,阳极电压280~350 V条件下开展了试验,并与数值模拟结果对比分析,结果表明误差在10%左右。 展开更多
关键词 霍尔推力器 小功率 数值模拟 试验
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射频离子推力器放电与引出特性调节规律仿真与试验研究 被引量:13
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作者 吴辰宸 孙新锋 +1 位作者 顾左 贾艳辉 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第1期232-240,共9页
获得射频离子推力器放电与引出特性调节规律,是制定性能调节控制优化算法的核心问题。为了获得射频离子推力器放电与引出特性,采用数值计算与试验研究的手段,对LRIT-40射频离子推力器放电与引出特性调节规律开展了研究。研究结果表明:... 获得射频离子推力器放电与引出特性调节规律,是制定性能调节控制优化算法的核心问题。为了获得射频离子推力器放电与引出特性,采用数值计算与试验研究的手段,对LRIT-40射频离子推力器放电与引出特性调节规律开展了研究。研究结果表明:模型能够正确描述放电与引出特性调节规律;射频功率适合作为精调参数,用于连续平滑地调节性能;屏栅电压调节存在明显拐点,当屏栅电压低于拐点,可配合射频功率对性能进行精调;当屏栅电压高于拐点,适合作为快速响应调节参数;65W~85W射频功率、800V~1500V屏栅电压能够实现推力1.5mN~4.7mN,比冲1300s~3920s宽范围调节,制定性能调节优化控制算法时,应根据需要选取最小参数调节区间。 展开更多
关键词 离子推力器 电参数 性能调节 流体模型
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离子推力器变孔径栅极方案数值研究 被引量:6
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作者 郭德洲 顾左 +2 位作者 陈娟娟 孔令轩 郑茂繁 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第9期2136-2143,共8页
为了改善发散场离子推力器束流均匀性,提出与放电室等离子体密度和电子温度分布相匹配的变孔径栅极设计方案。采用粒子云网格法(PIC)和蒙特卡洛碰撞(MCC)结合的数值计算方法(PIC/MCC)对变孔径设计方案进行仿真,并与现有设计仿真结果进... 为了改善发散场离子推力器束流均匀性,提出与放电室等离子体密度和电子温度分布相匹配的变孔径栅极设计方案。采用粒子云网格法(PIC)和蒙特卡洛碰撞(MCC)结合的数值计算方法(PIC/MCC)对变孔径设计方案进行仿真,并与现有设计仿真结果进行对比,分析两种设计不同分区电势、离子密度和束流平直度等参数特性。计算结果表明,相对于现有设计,变孔径设计栅极中心区域轴向电场强度变小,鞍点电势绝对值降低1.8V,离子聚焦点内移,离子密度降低,束径变小;边缘区域电场强度增大,聚焦点外移,离子密度提高,束径增大。引出束流发散角变小,平直度由原来的0.41提升至0.57,离子推力器可靠性得到有效提高。 展开更多
关键词 离子推力器 发散场 栅极系统 变孔径 PIC/MCC
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LHT40低功率霍尔推力器放电特性试验 被引量:2
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作者 陈新伟 顾左 +7 位作者 高俊 郭宁 王尚民 赵勇 冯杰 史楷 蒲彦旭 李贺 《中国空间科学技术》 CSCD 北大核心 2021年第5期65-74,共10页
为了获得300 W级混合励磁模式低功率霍尔推力器的放电特性,采用一套高精度激光微推力测量装置和集成离子流诊断装置获得推力器不同工况下推力、比冲、效率、束流发散角和质量利用效率的变化特性。试验结果表明,推力器的推力、比冲、阳... 为了获得300 W级混合励磁模式低功率霍尔推力器的放电特性,采用一套高精度激光微推力测量装置和集成离子流诊断装置获得推力器不同工况下推力、比冲、效率、束流发散角和质量利用效率的变化特性。试验结果表明,推力器的推力、比冲、阳极效率在200~300 V存在一个最大值;放电电流、放电电压呈现无阻尼谐波振荡特性,其一阶频率大约4.05 kHz。在恒定电场和磁场下,推力器束流离子电流密度呈现双极扩散的结构;阳极流率增大至0.95 mg/s时,离子电流密度呈现典型的双峰结构,质量利用效率与质量流率呈现正相关的特性。 展开更多
关键词 电推进 低功率霍尔推力器 束流发散 放电特性 混合励磁
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低功率霍尔推力器束流发散和推力矢量偏心特性研究 被引量:1
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作者 陈新伟 顾左 +8 位作者 高俊 郭宁 王尚民 史楷 唐福俊 陈焘 郭伟龙 张宏 成荣 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第8期441-450,共10页
为了准确掌握不同工况下混合励磁模式低功率霍尔推力器束流发散和推力矢量偏心特性,凭借自主设计和改进的一套快速评估霍尔推力器束流发散角和推力矢量偏角原位集成诊断装置,系统研究了推力器在不同阳极质量流率、磁场、电场下束流分布... 为了准确掌握不同工况下混合励磁模式低功率霍尔推力器束流发散和推力矢量偏心特性,凭借自主设计和改进的一套快速评估霍尔推力器束流发散角和推力矢量偏角原位集成诊断装置,系统研究了推力器在不同阳极质量流率、磁场、电场下束流分布和推力矢量偏心特性的变化规律。结果表明,束流发散角随阳极质量流率(0.65~0.95mg/s)和磁场强度(112~142Gs)的变化呈现负相关的特性。当阳极质量流率为0.95mg/s时,束流发散角降到29.1°(<30°),推力矢量偏角随阳极质量流率和磁场强度的变化分别存在极大值(1.19°)和极小值(0.91°)。束流发散角、推力矢量偏角在放电电压为250~330V时基本保持不变。 展开更多
关键词 混合励磁 低功率 霍尔推力器 束流发散 推力矢量
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基于离子电推进系统的航天器有效载荷能力分析 被引量:1
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作者 赖承祺 顾左 +3 位作者 宋莹莹 王蒙 郭伟龙 吴辰宸 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第10期2183-2189,共7页
为预估与提高航天器有效载荷能力,结合航天运输系统理论与离子推力器放电模型,对深空探测任务中以离子电推进系统为主要动力来源的航天器有效载荷能力进行了分析。通过理论推导,构建并揭示了有效载荷分数与深空探测任务参数和电推进系... 为预估与提高航天器有效载荷能力,结合航天运输系统理论与离子推力器放电模型,对深空探测任务中以离子电推进系统为主要动力来源的航天器有效载荷能力进行了分析。通过理论推导,构建并揭示了有效载荷分数与深空探测任务参数和电推进系统性能参数的函数关系与潜在联系。结果表明:动力装置单位质量越小,航天器所能达到的最佳有效载荷分数越大;有效载荷分数的高低与离子引出份额、原初电子利用率参数的大小以及任务时间的长短呈正相关;当离子电推进系统可以达到更高的载荷比时,则需要更高的工质利用率作为支持。 展开更多
关键词 离子推力器 有效载荷比 深空探测 等离子体特性 性能曲线
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20cm口径离子推力器力学特性模拟分析 被引量:1
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作者 史楷 孙明明 +1 位作者 顾左 岳士超 《强激光与粒子束》 CAS CSCD 北大核心 2022年第4期117-124,共8页
为了提升20 cm离子推力器的抗冲击性能,对现有结构开展了力学分析和试验验证。对栅极组件进行结构等效处理后,采用有限元方法分析了整机的模态和冲击响应谱。分析结果显示,栅极组件结构等效前后的分析结果对比差距8.3%~11.9%;推力器的3... 为了提升20 cm离子推力器的抗冲击性能,对现有结构开展了力学分析和试验验证。对栅极组件进行结构等效处理后,采用有限元方法分析了整机的模态和冲击响应谱。分析结果显示,栅极组件结构等效前后的分析结果对比差距8.3%~11.9%;推力器的3个轴向基频分别为246,248,336 Hz,栅极组件和中间极靴是离子推力器的力学薄弱环节并对整体结构稳定性具有重要影响;在冲击载荷1600 g下,栅极组件表面应力主要集中在小孔区边缘处,且形变也主要发生在小孔区;在采取刚度为1000 kN/m的减振措施后,栅极组件的整体形变位移降低了60%~82%。试验结果显示,在10~1200 Hz的低频扫描过程中,推力器3个轴向的基频分别为256,258,348 Hz,与仿真结果基本一致,采用减振措施后的20 cm口径离子推力器通过了1600 g的冲击试验。 展开更多
关键词 离子推力器 力学特性 Von-Mises应力 形变位移
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变工况下自励磁模式LHT-60霍尔推力器放电特性试验研究 被引量:1
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作者 陈新伟 高俊 +7 位作者 顾左 郭宁 王尚民 史楷 王倩楠 杨三祥 高军 耿海 《真空与低温》 2022年第1期106-114,共9页
针对低轨互联网星座轨道维持、寿命末期轨道提升任务需求,兰州空间技术物理研究所研制了口径为60 mm的LHT-60霍尔推力器。研究了LHT-60霍尔推力器变工况下的放电特性,进行了自励磁模式下,放电电压200~350 V、质量流量1.1~2.0 mg/s工况... 针对低轨互联网星座轨道维持、寿命末期轨道提升任务需求,兰州空间技术物理研究所研制了口径为60 mm的LHT-60霍尔推力器。研究了LHT-60霍尔推力器变工况下的放电特性,进行了自励磁模式下,放电电压200~350 V、质量流量1.1~2.0 mg/s工况的推力器工作特性试验。结果表明,推力器在各工况点均可稳定工作,工作参数为:推力8.3~35.1 mN、阳极比冲759~1787 s、阳极效率14.5%~46.4%、功率183~684 W、推功比36.5~56.5 mN/kW、电流利用效率64.2%~76.1%、质量利用率62.2%~81.1%、束流发散角58.2°~61.4°。离子电流密度沿推力器轴向逐渐减小,沿径向双极扩散。研究结果可为低轨互联网星座用霍尔推力器性能优化提供数据支持。 展开更多
关键词 自励磁模式 LHT-60霍尔推力器 变工况 电流利用效率 质量利用率
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离子推力器三栅极组件热形变仿真分析及试验研究 被引量:1
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作者 祁小峰 顾左 +2 位作者 代鹏 李兴坤 李贺 《真空与低温》 2022年第2期219-228,共10页
栅极组件是离子推力器束流引出、加速和聚焦的核心部件。推力器工作过程中栅极组件的热形变是影响离子推力器工作性能和寿命的关键因素之一。通过建立栅极组件的结构等效模型,模拟了栅极组件的温度分布,运用有限元软件绘制出同一时刻栅... 栅极组件是离子推力器束流引出、加速和聚焦的核心部件。推力器工作过程中栅极组件的热形变是影响离子推力器工作性能和寿命的关键因素之一。通过建立栅极组件的结构等效模型,模拟了栅极组件的温度分布,运用有限元软件绘制出同一时刻栅极组件表面不同位置沿着径向坐标热形变位移曲线,分别计算出栅极组件中心点处屏栅-加速栅、加速-减速栅极间距在启动过程中随时间的变化量,用非接触光学测量方法对仿真模型进行了验证。试验结果与仿真结果有很好的一致性,在一定程度反映了栅极组件热态栅间距与冷态栅间距的关系,有助于对栅极溅射腐蚀、栅极形变和非预期性击穿等问题的研究。 展开更多
关键词 离子推力器 栅极组件 热形变 栅间距测量
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配电方式对Kaufman离子推力器性能的影响研究
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作者 宋莹莹 王蒙 +1 位作者 顾左 孔令轩 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第7期1668-1675,共8页
目前Kaufman离子推力器主要有两种最具代表性的配电方式:屏栅极电源正端分别连接阳极电源正、负端的配电方式。为了研究配电方式对Kaufman离子推力器工作性能的影响,基于等离子体理论和推力器工作原理,分析两种主要配电方式下放电室电... 目前Kaufman离子推力器主要有两种最具代表性的配电方式:屏栅极电源正端分别连接阳极电源正、负端的配电方式。为了研究配电方式对Kaufman离子推力器工作性能的影响,基于等离子体理论和推力器工作原理,分析两种主要配电方式下放电室电极电势及电流平衡关系,推导了放电室等离子体特性表达式,理论分析了配电方式对离子推力器多种性能参数的影响。结合兰州空间技术物理研究所自研的LIPS300离子推力器在两种配电方式下工作在3kW和5kW的性能试验,通过解析方法对离子推力器多种工作参数和性能参数进行分析,试验结果与理论分析结果具有良好的一致性。研究表明:采用屏栅极电源正端连接阳极电源负端的配电方式能够获得更大的推力和比冲,并能提高离子对栅极透明度,减少离子对屏栅极的溅射,从而提高栅极寿命,但束离子产生成本稍高。研究结果可为离子推力器配电方式的设计与优化提供依据。 展开更多
关键词 离子推力器 配电方式 放电室 性能参数 试验验证
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离子推力器放电室阳极壁面电流密度分布特性研究
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作者 宋莹莹 顾左 +2 位作者 王蒙 赖承祺 郭伟龙 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第11期2633-2640,共8页
为了准确掌握离子推力器放电室阳极壁面电流密度分布特性,并深入理解阳极壁面处等离子体运动特性,设计了近阳极壁面等离子体诊断的具体实施方案,并基于LIPS-200离子推力器开展了近阳极壁面处等离子体诊断试验研究,得到了主要磁极附近壁... 为了准确掌握离子推力器放电室阳极壁面电流密度分布特性,并深入理解阳极壁面处等离子体运动特性,设计了近阳极壁面等离子体诊断的具体实施方案,并基于LIPS-200离子推力器开展了近阳极壁面处等离子体诊断试验研究,得到了主要磁极附近壁面等离子体参数,并得到阳极壁面吸收电流密度分布特性。试验结果表明:LIPS-200离子推力器阳极壁面处主要磁极附近的等离子体密度范围为8.07×10^15m^-3~3.96×10^16m^-3,测试点的电子温度范围为0.82eV^1.45eV,壁面电流密度范围为12A/m^2~829A/m^2;柱段壁面电子温度相对锥段较低,但电流密度较大,尤其在中间极靴位置电流密度最大,约为阴极极靴处电流密度的3倍,约为屏栅极靴处电流密度的2倍,阳极电流主要在放电室中间极靴处发生损失。 展开更多
关键词 离子推力器 阳极壁面 电流密度分布 等离子体诊断
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Numerical Simulation of Characteristics of CEX Ions in Ion Thruster Optical System 被引量:7
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作者 Zhong Lingwei Liu Yu +4 位作者 Li Juan gu zuo Jiang Haocheng Wang Haixing Tang Haibin 《Chinese Journal of Aeronautics》 SCIE EI CAS CSCD 2010年第1期15-21,共7页
Charge exchange (CEX) ions could inflict severe damages on the ion thruster optical system. This article is aimed at investigating the characteristics of the CEX ions and their influences upon the optical system by ... Charge exchange (CEX) ions could inflict severe damages on the ion thruster optical system. This article is aimed at investigating the characteristics of the CEX ions and their influences upon the optical system by means of particle-incell(PIC) ion simulation and Monte Carlo collision(MCC) methods. The results from numerical simulation indicate that despite the fact that CEX ions appear in the entire beamlet region near the ion optical system, the ones that present themselves downstream of the accelerator grid have good reason for attracting more attention. As their trajectories are significantly affected by the local electric field, a great number of CEX ions are accelerated toward grids resulting in sputtering erosion. When the influences of the CEX ions are considered in the nulnerical simulation,there could hardly be observed augments in the screen grid current,but the accelerator grid current increases from zero to 1.4% of the beamlet current. It can be understood from the numerical simulation that the CEX ions formed in the region far downstream of the accelerator grid should be blamed for the erosion on the downstream surface of the accelerator grid. 展开更多
关键词 eleetric propulsion ion propulsion ion optical system particle simulation charge exchange collision
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