磁屏蔽霍尔推力器磁极腐蚀数值模拟研究

磁极腐蚀问题成为磁屏蔽霍尔推力器的主要寿命失效模式。为了研究磁极腐蚀的机理,本文基于粒子网格方法建立推力器放电的数值仿真模型,结合溅射模型模拟磁极腐蚀现象,统计磁极表面收集的入射离子运动状态,获取磁极腐蚀特性,据此探究磁极腐蚀的机理以及影响磁极腐蚀速率的因素。结果表明:磁屏蔽霍尔推力器出口倒角附近形成的高原子密度区同时也是径向电场占主导的区域,在此处电离产生的低速离子易于径向发散进而偏转向磁极方向运动。磁极表面腐蚀现象呈现径向分布不均的特点,内磁极附近轴对称电场对离子的作用是导致磁极中心腐蚀速率远高于其他位置的主要原因。

霍尔电推进系统中的微流量控制器

介绍了微流量控制器在霍尔电推进系统中的应用状况。微小流量的精确控制是霍尔电推进系统协调工作的基础。根据内部节流元件的不同,目前国际上电推进系统中使用的微流量控制器主要有金属毛细管式、金属多孔材料式和节流孔板式等几种形式。俄罗斯研制的微流量控制器多为金属毛细管式和节流孔板式;美国和欧洲电推进系统上使用较多的是金属多孔材料式微流量控制器。此外,近年来国外新发展了一种磁致伸缩材料的流量比例控制阀,也可用于电推进系统的微流量控制。国内研制的整体式结构金属多孔材料微流量控制芯体,可以取代目前正在使用的普通过滤多孔材料,使其无论是性能、寿命,还是可靠性等方面都有极大的提高。

LHT-100霍尔推力器宽功率范围工作实验研究

为了研究兰州空间技术物理研究所口径为100mm的LHT-100霍尔推力器宽功率范围工作性能,从实验的角度研究了放电电压100~400V、放电功率500~1800W时LHT-100霍尔推力器的工作性能。实验结果表明,LHT-100霍尔推力器可以在较宽功率范围内正常工作,放电特性和推力性能稳定,推力变化范围为30~95mN,比冲变化范围为600~1950s,推力效率变化范围为18%~53%,功率推力比变化范围为14.3~18.4W/mN。

回路参数对霍尔推力器点火脉冲电流影响

在分析霍尔推力器点火启动过程中电源侧脉冲电流形成机理的基础上,通过解析分析和变参数试验的方法研究了外回路参数与电源侧脉冲电流峰值之间的规律。研究结果表明,随着外回路电容和电感的增大,电源脉冲点火电流峰值减小,根据理论推导得到的霍尔推力器点火启动过程电源脉冲电流峰值函数,分析了外回路电感、电容参数对点火脉冲电流的影响,给出了给定电感值下电感线圈匝数、磁环导磁截面积、磁芯材料BH曲线的要求,为霍尔推力器放电外回路的参数设计提供理论参考。

阳极层霍尔推力器阳极上电流振荡的实验探究

将圆柱形阳极层霍尔推力器的环形阳极分成独立两段,通过观测两个独立阳极段之间的电势差信号以及每个独立阳极段上的电信号来探究阳极上的电流振荡情况。结果表明:放电电压的提高加速了阳极段的电流振荡频率,并且提高电流振荡的振幅,随着放电电压的增大,振幅的大小不会一直增大,最终会到达一个饱和值。阳极段上电流振荡幅度较大,因此抑制这种振荡起伏对提高推力器的稳定性具有重大意义。

变工况下自励磁模式LHT-60霍尔推力器放电特性试验研究

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。

高比冲霍尔推力器启动特性研究

高比冲霍尔推力器从霍尔推力器研制初期就得到重视,但是与工程应用相关的参数对比、电流变化和振荡特性特的研究较少。通过测量推力器在不同工况下推力大小、电流变化和电流振荡波形,给出了HET-80HP高比冲霍尔推力器的性能特点和启动特性。研究结果表明,HET-80HP高比冲霍尔推力器相对于传统霍尔推力器,在较大流量和较高放电电压工况下具有更好的性能。冷启动时,正常磁场情况下放电电流存在电流尖峰,并且需要较长的时间才能达到相对稳定。不同磁场位形热启动情况下电流的变化过程表明,电流尖峰是否存在主要与磁场位形有关,启动时温度的高低与电流尖峰是否存在没有明显关系。此外,通过对比不同磁场下推力器比冲和平均频率的变化可知,推力器低频振荡平均频率的高低能够较好地反映推力器比冲的大小。

霍尔推力器磁场位形及其优化的数值研究

基于麦克斯韦方程,在轴对称假设下建立了霍尔推力器磁场的数学模型.用有限差分方法对模型进行了离散.给出了数值求解模型的迭代法.通过对模型的数值求解,得到了相应的数值结果.通过对所得数值结果的分析,研究了磁场线圈电流变化对霍尔推力器磁场位形的影响.通过调整磁场线圈电流的大小找到了理想磁场位形.研究表明,对于理想磁场位形,内通道的磁镜比在3—3.5之间,外通道的磁镜比在0.4—0.9之间;增加磁场线圈的电流,出口的磁场强度随着增加,但不能增加磁镜比.通道内部的磁场强度几乎不随着磁场线圈电流的变化而变化.