30 cm离子推力器栅极组件热形变位移分析研究

栅极组件是影响离子推力器束流加速引出的核心部件,其在工作过程中随着热量累积形成的热形变位移是影响工作性能的关键因素。采用有限元分析方法对30 cm离子推力器三栅极组件随工作时间变化导致的热形变位移进行了模拟,重点对栅极间距变化过程进行了模拟计算,并对单个栅极达到温度平衡的时间进行了模拟,预估了三栅极组件的冷态启动时间,并对栅极组件在工作期间内随温度变化造成的打火风险进行了预估。

离子推力器C-C复合栅多工况热态微位移研究

针对LIPS-100离子推力器C-C一体化复合栅极组件设计问题,利用热特性计算模型开展栅极热力学特性研究。采用Workbench瞬态热分析法研究了两种曲面朝向的C-C栅极热性能参数,并与传统金属钼栅进行了对比分析。结果表明:等工况、等球面构型、等栅间距条件下,C-C复合栅较钼栅组件质量减轻35.7%,热态分析温度上限降低19.6%,升温速率降低21.3%;C-C复合屏栅较钼栅微位移减小0.151 mm,加速栅微位移减小0.123 mm,具有更高的抗热冲击性,可有效缓解推力器工作前期栅间距波动较大的问题;同一C-C复合栅材料下,球面朝向结构不同,栅极中心-开孔区边缘热态微位移不同,凸型栅较凹型栅加速栅微位移量降低0.025~0.038 mm,可有效提升加速栅开孔区磨损寿命。对于小尺寸离子推力器,凸面C-C复合栅组件抗热冲击性优势明显。