宏观放电参数对大功率霍尔推力器点火启动过程初始阶段影响的研究

为研究宏观放电参数对大功率霍尔推力器点火初始阶段的影响,首先在一台10 kW霍尔推力器上实验测量了点火初始阶段不同宏观放电参数下的阳极电流变化特性,然后采用PIC数值模型计算了不同放电电压和质量流量下点火初始阶段阳极电流和离子密度的变化特性。结果表明:增大放电电压与质量流量都能够增大点火启动过程初始阶段阳极电流的上升斜率,而增大磁场强度会降低点火启动过程初始阶段阳极电流的上升斜率;放电电压和质量流量的改变不会引起点火初始阶段电子和中性气体发生碰撞电离位置的改变。

阴极位置对大功率霍尔推力器点火过程影响的研究

为研究不同阴极位置对大功率霍尔推力器点火过程的影响,测量了一台10 kW霍尔推力器不同阴极位置下的点火冲击电流,采用PIC数值模型计算了不同阴极位置下推力器点火过程中离子密度变化特性。结果表明:与阴极外置结构相比,尽管阴极中置结构下点火过程初始阶段的阳极电流增长速率较慢,冲击电流峰值出现较晚,点火过程演化速率较慢,但点火冲击电流峰值更小,推力器点火成功后向稳态放电转换过程中低频振荡放电电流的平均值和峰值较小,且推力器点火过程中羽流的周向对称性更加良好,造成这些差异的主要原因是由于阴极所处的位置不同导致其初始发射电子所处的磁场环境不同。

HET-450大功率霍尔电推力器仿真分析及试验

针对大功率霍尔推力器耐受强热载荷不易稳定工作、宽放电电压范围调整难以高效电磁调控等关键难点,兰州空间技术物理研究所与哈尔滨工业大学联合开展了10 kW级以上大功率霍尔推力器技术研究,开展了热分析设计,并建立热仿真模型,计算获得关键组件稳态温度,结果显示各部位温度均满足设计要求;同步建立了PIC仿真模型,进行了80 mg/s固定流率下,不同电压下电离特性分析,结果表明推力器放电腔口径较大情况下,电压低会使工质利用率降低从而导致推力器效率低;进一步,开展性能分析,得出600 V阳极效率低于500 V时工况,分析为电离不充分和壁面能量损失所致;此外,基于实验样机开展了试验研究,实现30 kW功率下的稳定工作,表明针对性热防护设计具有较好效果,并采用激光干涉推力测量法,获得推力为1.33 N,与仿真数据所得1.38 N偏差在5%以内,具有较高的符合度,表明推力器设计合理有效。