离子推力器栅极组件热态间距测量系统研制

为了完成LIPS-300离子推力器三栅极组件在真空、高温环境中微小热态间距的高精度测量,设计了一套使用远距显微镜的非接触摄像测量系统。基于拍摄的图像,运用交互式分区方法获得多个圆形合作标志稳定、清晰的边缘,利用合作标志和标定片完成图像放大系数标定、图像畸变校正以及栅极热态间距亚像素级测量。精度验证实验表明,本系统在非加热情况下测量精度优于6μm,在加热情况下测量精度优于12μm。大气环境下的加热实验结果显示屏栅和加速栅温度差越大,栅极热态间距的减小量越大,当温差最大为150℃时热态间距减少量达到最大,即420μm。同时,由于安装环的热变形影响,栅极在热稳态时热变形量下降、在冷却期时产生负位移现象,测量结果与国外同类实验趋势一致。系统满足栅极组件热态间距测量的需求。

溅射靶对离子推力器的热辐射影响研究

为了研究真空环境设备内溅射靶温度升高后对30 cm离子推力器的热辐射影响,采用有限元分析的方法,首先对真空舱内的离子推力器羽流分布进行了模拟,在获得羽流对溅射靶造成的温度变化后,进一步分析了溅射靶温度升高对离子推力器温度以及栅极热形变位移所造成的影响。仿真结果显示,推力器羽流可采用定向分子流模型进行描述,羽流在真空舱内的扩散过程中几乎没有能量损失;30 cm离子推力器工作时真空舱内大部分区域的气体压强在2×10^(-3)~6×10^(-3)Pa;在溅射靶影响下,推力器加速栅和屏栅中心温度分别为352℃和440℃,边缘温度分别为342℃和411℃,屏栅和加速栅的间距缩小量由无溅射靶影响时的0.560 mm增加到0.585 mm;试验结果显示,加速栅和屏栅边缘温度分别为364℃和385℃,与仿真结果的比对误差均为6%,溅射靶后部羽流气体的温度测试值高于计算值约50℃,误差主要由于模拟中忽略了羽流粒子的能量沉积效应。