霍尔推力器磁屏蔽磁场设计及通道结构优化仿真研究

高能离子轰击引起的霍尔推力器通道壁侵蚀是限制推力器寿命的重要因素。应用磁屏蔽技术可以有效减轻侵蚀,但推力器性能相较传统结构则可能会降低。为设计合理的磁屏蔽磁场并分析通道长度和壁面布置软磁材料对磁屏蔽效果的影响,采用粒子模拟的方法,对霍尔推力器通道内的放电过程进行建模仿真,建立并优化了不同通道长度下的磁屏蔽磁场位形,研究了内外壁面不同位置布置软磁材料对磁屏蔽磁场通道放电特性的影响。结果表明:短通道的磁屏蔽位形可以减少壁面侵蚀和提高推力器性能,随着通道长度从30mm缩短至20mm,离子径向速度降低50%,比冲增加7.78%,阳极效率提高9.1%,推力增加8.3%;附加的磁性材料可以有效地优化磁屏蔽磁场位形,当软磁材料位置向放电通道出口移动时,峰值电子温度降低,离子入射角逐渐减小。当软磁材料放置在距离阳极17.5mm处时,推力增加2.9%,离子径向速度和离子入射角均较小,将有效减少壁面侵蚀。