圆柱形阳极层霍尔推进器的工作特性与离子束流研究

主要对圆柱形阳极层霍尔推进器进行实验研究，得到推进器的工作特性、离子束分布、束流中电子的含量等结果。并且给出圆柱形阳极层霍尔推进器的最佳工作参数：工作电压在700～1000V之间，电流在0．15～0．65A，气体流量低于8mL／min。从离子束流的径向分布可知：高电压、低电流、小气量时离子束的发散角较小。

圆柱形阳极层霍尔推进器磁极溅射数值模拟

通过对空心和实心内磁极的圆柱形阳极层霍尔推进器放电等离子体进行三维PIC 放电-溅射模拟,分析了放电功率和阳极附近磁场等对磁极离子溅射的影响。结果表明,实心内磁极的推进器效率较高,在较高电压和高磁场的工况下,空心内磁极圆柱形阳极层霍尔推进器的刻蚀程度有明显减弱。在大功率圆柱形阳极层霍尔推进器设计和研发工作中,应考虑空心阴极效应的优点以及合适的电磁场配比。

空心内磁极圆柱形阳极层霍尔推进器溅射仿真

溅射对圆柱形阳极层霍尔推进器的稳定运行和寿命具有不可忽视的影响。为了研究D-80空心内磁极圆柱形阳极层霍尔推进器的磁极溅射程度,建立了D-80圆柱形阳极层霍尔推进器的三维全粒子PIC/MCC模型,利用VORPAL仿真软件对D-80圆柱形阳极层霍尔推进器放电-溅射过程进行了仿真,得到了离子轰击到内、外磁极上的入射能量,入射角度的概率分布,分析了溅射粒子在不同放电功率、磁场和气压下的变化规律。仿真结果表明:离子溅射全部发生在内、外磁极的表面上,轰击内磁极的离子能量平均值和入射角都小于轰击外磁极的离子入射能量和入射角,但内磁极的内、外径表面上溅射程度最严重,与实验中磁极溅射形貌一致;高放电电压和高气压下,溅射程度更严重,并且与实验结果一致。

低功率圆柱形霍尔推进器实验特性研究

随着航天技术的发展以及微小型卫星应用数量的不断增多,空间推进领域对低功率电力推进的需求越来越多。常见的环形霍尔推进器缩放至低功率时效率低下。圆柱形霍尔推进器具有较低的表面积与体积比,有利于通过磁镜效应更好地束缚电子以减少通道壁处的粒子损失,从而减小通道的刻蚀和发热,这使得CHT对于低功率应用很有前景。文章进行低功率圆柱形霍尔推进器实验特性研究,在50 W功率范围内运行。实验得到了推进器在高电压、小气量、低电流工况下的工作特性、离子束特点等结果。实验表明:低功率圆柱形霍尔推进器工作电压在1000~2400 V之间,使用Ar体积流量在1.0~4.0 mL/min内,其比冲在218~1419 s,推力范围在0.118~0.78 mN,最大电流利用率为87%,最大推力效率为20.39%与先进霍尔推力器效率相当。同时发现在气体体积流量变大过程中,离子束出现强弱两种工作模式。

低功率圆柱形阳极层离子源的性能研究

介绍了一种低功率圆柱形阳极层离子源的工作特性和束流分布特性。离子源正常工作参数范围为工作电压200～1200V,放电电流0.1～1.4A,工作气压1.9×10-2～1.7×10-1Pa,气体流量5～20sccm。离子源有两个工作状态:发散状态和准直性状态。