磁体几何尺寸对环形会切场离子推力器性能影响研究

不同直径的离子推力器系列产品,为磁场约束等离子体设备,磁路结构对于离子推力器性能有重要影响。文章介绍了利用有限元模拟软件MAXWELL对不同尺寸磁体产生的磁场位形进行模拟,进而研究不同磁体几何尺寸对离子推力器性能的影响。结果表明在闭合磁场等值线固定为50 G的前提下,较大厚度/宽度比的磁体产生更大的无场区体积,有利于离子推力器束流平直度的改进,从而提高离子推力器的性能。

两种会切场离子推力器对比研究

为了进一步提升离子推力器性能和可靠性,基于30cm环形会切场离子推力器LIPS-300H和30cm柱形会切场离子推力器LIPS-300Z,对比研究了两类会切场离子推力器各自优劣及其机理。首先分析了两种会切场原理,总结给出了两种会切场差异,然后实验对比研究了两种会切场离子推力器束流均匀性、放电效率和寿命。实验结果显示,LIPS-300H相比LIPS-300Z在3kW和5kW工况下束流密度峰值分别降低25%和19%,放电电压分别降低7.8V和6.2V,放电损耗分别增加31W/A和42W/A。此外,LIPS-300H离子推力器在3kW和5kW工况下屏栅预测寿命分别是LIPS-300Z的7.7倍和4.2倍。结果表明:虽然LIPS-300Z比LIPS-300H具有放电损耗低的优点,但其较差的束流均匀性、较高的放电电压和双荷离子比,使其在寿命和可靠性方面劣于LIPS-300H。

40cm离子推力器设计与性能测试

针对我国木星探测、小行星采样返回等深空探测任务对大功率电推进系统的应用需求,开展了大功率离子推力器研究。通过采用四极环形磁钢会切场放电室、束流直径为40 cm的三栅极离子光学系统、石墨顶触持极六硼化镧空心阴极、耐高温磁钢等先进技术和材料完成了大功率40 cm离子推力器原理样机的研制。试验测试了40cm离子推力器原理样机放电损耗、工质利用率、加速栅电流、减速栅电流等工作参数和束流平直度、推力、比冲、效率等性能指标,试验结果显示:该样机在6.94 kW功率下,推力232 mN,比冲4 367 s,效率71%,束流平直度0.72。

多模式离子推力器放电室和栅极设计及其性能实验研究

针对小天体探测任务对离子推力器设计要求,完成总体方案设计,开展了四极环形磁钢会切场放电室和凸面三栅变孔径栅极设计,采用试验研究和理论分析的方法研究了放电室、栅极设计的合理性及匹配性,试验结果表明:多模式离子推力器实现了宽范围稳定放电和引出,在277—3120 W功率下,推力从9.9 mN线性增加到117.2 mN,比冲从1269s台阶上升到3492 s,束流发散角从30.7°下降到26.8°并趋于稳定,各工作点矢量偏角小于1.5°,束流平直度大于0.75,栅极稳定化处理是控制栅间距一致性的重要方法,采用应力释放钼安装环热设计后栅极间距极差得到有效控制,最大下降百分比为90%,本研究为离子推力器多模式化设计及在轨应用工程研制提供参考.