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Effect of the Hollow Cathode Heat Power on the Performance of an Hall-Effect Thruster 被引量:2
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作者 宁中喜 于达仁 +1 位作者 李鸿 闫国军 《Plasma Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2009年第2期194-199,共6页
Effect of the hollow cathode heat power on the performance of a Hall-effect thruster is investigated. The variations in the Hall-effect thruster's performance (thrust, specific impulse and anode efficiency) with th... Effect of the hollow cathode heat power on the performance of a Hall-effect thruster is investigated. The variations in the Hall-effect thruster's performance (thrust, specific impulse and anode efficiency) with the hollow cathode heat power was obtained from the analysis of the experimental data. Through an analysis on the coupling relationship between the electrons emitted from the hollow cathode and the environmental plasma, it was found that the heat power would affect the electron emission of the emitter and the space potential of the coupling zone, which would lead to a change in the effective discharge voltage. The experimental data agree well with the results of calculation which can be used to explain the experimental phenomena. 展开更多
关键词 hollow cathode hall thruster plasma bridge
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Coupling plasma plume of a low-power magnetically shielded Hall thruster with a hollow cathode 被引量:3
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作者 Guangchuan ZHANG Junxue REN +3 位作者 Wei LIANG Ning OUYANG Chao LU Haibin TANG 《Chinese Journal of Aeronautics》 SCIE EI CAS CSCD 2020年第12期3018-3026,共9页
The coupling region of a Hall thruster with a hollow cathode is the region between the cathode and the thruster plume.The characteristics of plasma in that region are complicated and strongly associated with the thrus... The coupling region of a Hall thruster with a hollow cathode is the region between the cathode and the thruster plume.The characteristics of plasma in that region are complicated and strongly associated with the thruster working conditions and the cathode position.In this paper,a laboratory 100 W class magnetically shielded Hall thruster was coupled with a hollow cathode.Optical imaging and electrostatic probe were employed to monitor and scan the plasma plume.Plume characteristics in the coupling region in non-self-sustained mode and self-sustained mode were compared.Evolution of the coupling plume with the cathode position was studied.Experiments show that,when turning the thruster into self-sustained mode or moving the cathode further away axially,the discharge current can be reduced by 6.4–10.6%restraining the electron current and improving ionization.In particular,when the cathode is moved further,the electron conduction near the channel walls is suppressed.The electron current is reduced by 27.4%and the ion beam current is increased by 7%.Overall,this work shows that the working mode of the thruster and the position of the cathode greatly affect the coupling plasma plume.Both play an important role in improving the utilizations of propellant and current. 展开更多
关键词 Coupling region Electron conduction hall thruster hollow cathode Utilizations of propellant and current
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Plasma characteristics in the discharge region of a 20A emission current hollow cathode 被引量:1
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作者 孙明明 张天平 +2 位作者 温晓东 郭伟龙 宋嘉尧 《Plasma Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第2期148-155,共8页
Numerical calculation and fluid simulation methods were used to obtain the plasma characteristics in the discharge region of the LIPS-300 ion thruster’s 20 A emission current hollow cathode and to verify the structur... Numerical calculation and fluid simulation methods were used to obtain the plasma characteristics in the discharge region of the LIPS-300 ion thruster’s 20 A emission current hollow cathode and to verify the structural design of the emitter.The results of the two methods indicated that the highest plasma density and electron temperature,which improved significantly in the orifice region,were located in the discharge region of the hollow cathode.The magnitude of plasma density was about 10^21m^-3in the emitter and orifice regions,as obtained by numerical calculations,but decreased exponentially in the plume region with the distance from the orifice exit.Meanwhile,compared to the emitter region,the electron temperature and current improved by about 36%in the orifice region.The hollow cathode performance test results were in good agreement with the numerical calculation results,which proved that that the structural design of the emitter and the orifice met the requirements of a 20 A emission current.The numerical calculation method can be used to estimate plasma characteristics in the preliminary design stage of hollow cathodes. 展开更多
关键词 ion thruster hollow cathode plasma characteristics
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空心阴极与霍尔推力器放电振荡关系实验研究 被引量:2
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作者 谢侃 衣晓龙 +3 位作者 梁福文 田丰 苗龙 王宁飞 《固体火箭技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第3期484-490,共7页
针对小功率霍尔推力器,研究了不同磁场、阳极电流和阳极流量条件下空心阴极放电振荡与霍尔推力器阳极放电振荡之间的关系。采用快速傅里叶变换对空心阴极、阳极放电特性及特征频率进行了分析,对单独空心阴极放电振荡实验及空心阴极-霍... 针对小功率霍尔推力器,研究了不同磁场、阳极电流和阳极流量条件下空心阴极放电振荡与霍尔推力器阳极放电振荡之间的关系。采用快速傅里叶变换对空心阴极、阳极放电特性及特征频率进行了分析,对单独空心阴极放电振荡实验及空心阴极-霍尔推力器阳极耦合放电实验进行了对比。实验结果表明,在小阳极电流工况下,空心阴极的放电振荡可使霍尔推力器阳极发生放电振荡,两者具有相同的放电振荡频谱;当阳极电流、阳极电势增大到一定临界值时,空心阴极和霍尔推力器阳极振荡频谱发生突变;当超过临界值时,与单独空心阴极的固有振荡频谱对比,空心阴极的放电振荡频谱发生了变化,表明阳极又可反过来影响空心阴极的放电振荡,两者的放电振荡相互耦合。该研究可为高可靠、长寿命小功率霍尔推力器的设计提供参考。 展开更多
关键词 霍尔推力器 空心阴极 耦合 振荡 小功率
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30cm离子推力器空心阴极发射体区等离子体特性研究 被引量:1
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作者 孙明明 张天平 龙建飞 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第12期2872-2880,共9页
为了获得30cm口径离子推力器20A额定发射电流空心阴极的稳态工作性能参数并验证现有发射体结构设计的合理性,采用数值模拟及有限元分析方法研究了空心阴极发射体区的等离子体特性参数。结果显示:空心阴极发射体区的压强基本在115~150Pa... 为了获得30cm口径离子推力器20A额定发射电流空心阴极的稳态工作性能参数并验证现有发射体结构设计的合理性,采用数值模拟及有限元分析方法研究了空心阴极发射体区的等离子体特性参数。结果显示:空心阴极发射体区的压强基本在115~150Pa内,并且中间区域的Xe气压强较高;当阴极发射体温度为1570℃时,根据一维热传导方程得到发射体热损为10.26W;发射电流为15A时,电子温度在1.5~1.7e V内,且沿轴线方向靠近阴极顶小孔的电子温度较高,而将15A发射电流作为空心阴极的工作点是较为合适的选择;数值计算得到发射体区平均电子电流密度约为1.3×105A/m2,发射体内表面面积预估为1.5cm^2,内径建议在?2~2.5mm内,采用该尺寸发射体的空心阴极通过电流发射能力试验证明其最大发射电流在19~20A内,现有发射体尺寸设计满足20A发射电流需求;发射体区中间区域离子电流密度峰值约为8.5×10~5A/m^2,应重点关注发射体中间区域的厚度设计以及离子溅射腐蚀速率。 展开更多
关键词 离子推力器 空心阴极 发射体区 等离子体特性
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20A发射电流空心阴极小孔区等离子体特性研究
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作者 孙明明 宋嘉尧 +2 位作者 张天平 杨威 龙建飞 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第2期473-480,共8页
为了获得30cm口径离子推力器20A额定发射电流空心阴极工作时小孔区的等离子体特性参数,并验证现有阴极小孔结构设计下的阴极电流发射能力,采用数值模拟及有限元分析方法研究了空心阴极小孔区的等离子体特性参数。结果显示:空心阴极小孔... 为了获得30cm口径离子推力器20A额定发射电流空心阴极工作时小孔区的等离子体特性参数,并验证现有阴极小孔结构设计下的阴极电流发射能力,采用数值模拟及有限元分析方法研究了空心阴极小孔区的等离子体特性参数。结果显示:空心阴极小孔区的中性原子密度基本在4×10^(21)~6×10^(21)/m^3,分布较为均匀且越靠近小孔出口区域的原子密度越低;当阴极发射体温度为1800K时,采用等离子体零维扩散模型得到阴极小孔区轴向平均电子温度约为2.66e V,且靠近阴极顶小孔出口方向电子温度相对较高,从小孔区入口至出口电子温度增幅在1~2e V;通过离子连续性方程得到阴极孔区内,等离子体密度约在1×10^(21)~1.4×10^(21)/m^3,靠近出口处的等离子体密度降低较为明显;通过电子连续性方程,得到小孔区入口处的电子电流约为7.2A,而出口处的电子电流约为11.6A,与性能测试试验结果一致,电子电流增益系数约60%;离子电流密度峰值约为6.16×106A/m^2,出现在距离小孔入口约0.5mm处。通过理论分析认为,阴极孔区的腐蚀特点是靠近出口处的直径在离子腐蚀作用下不断地扩张,并在扩张到一定程度后,孔区出口处被腐蚀后的直径将不会再发生变化,理论分析腐蚀趋势与兰州空间技术物理研究所研制的LHC-5阴极小孔区寿命试验腐蚀情况基本一致。 展开更多
关键词 离子推力器 空心阴极 小孔区 等离子体特性
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小型感性耦合射频等离子体中和器的实验研究 被引量:10
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作者 贺建武 马隆飞 +3 位作者 薛森文 章楚 段俐 康琦 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第7期1673-1680,共8页
为了研究适用于百瓦级电推力器的离子束流中和技术,基于电子鞘层模型、射频等离子体最优放电技术和通过插入探针实现快速点火的方法,设计了一套小型感性耦合射频等离子体中和器(RF plasma neutralizer,RPN)。实验研究了RPN中和器的稳定... 为了研究适用于百瓦级电推力器的离子束流中和技术,基于电子鞘层模型、射频等离子体最优放电技术和通过插入探针实现快速点火的方法,设计了一套小型感性耦合射频等离子体中和器(RF plasma neutralizer,RPN)。实验研究了RPN中和器的稳定工作条件和电子引出特性,实现了RPN中和器稳定工作和电子有效引出。实验结果表明:电子引出特性主要取决于发射孔附近阳极斑的形成与否,而阳极斑的形成又主要受结构设计、工质流量和偏置电压等运行条件的影响;通过对RPN运行条件的优化试验,获得了55~150m A可调电子束流范围和较高的工质利用系数(3.9~10.5),满足离子束流中和需求;另外,实验中还观察到了电子束流随工质流量或偏置电压的迟滞现象。 展开更多
关键词 感性耦合等离子体 中和器 离子推力器 空心阴极 电子源
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空心阴极耦合放电的寿命损耗机理研究综述 被引量:1
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作者 赵志伟 张天平 +1 位作者 冉文亮 李璇 《火箭推进》 CAS 2023年第1期1-11,共11页
空心阴极和离子推力器或霍尔推力器的耦合放电与其和平板阳极的独立放电有明显差异,主要表现为工作特性不同和寿命大幅缩短等。基于空心阴极的设计寿命与其在推力器中实际寿命显著不同的事实,归纳分析了空心阴极在推力器中寿命缩短的主... 空心阴极和离子推力器或霍尔推力器的耦合放电与其和平板阳极的独立放电有明显差异,主要表现为工作特性不同和寿命大幅缩短等。基于空心阴极的设计寿命与其在推力器中实际寿命显著不同的事实,归纳分析了空心阴极在推力器中寿命缩短的主要原因,总结了推力器中电场、磁场、背景中性气体密度等因素对空心阴极寿命的影响机理研究现状,并提出需要进一步深化的主要研究内容。 展开更多
关键词 空心阴极 耦合放电 离子推力器 霍尔推力器 等离子体
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霍尔推力器加速通道-空心阴极耦合区物理研究进展
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作者 孟天航 宁中喜 于达仁 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第1期13-20,共8页
重点介绍霍尔推力器耦合区物理过程的研究现状.霍尔推力器的耦合区连接阴极与通道内等离子体,控制通道入口电子参数,也通过耦合环境影响阴极自身的电子发射特性.由于耦合区处于推力器外部的负梯度弱磁场区,导致耦合区发生的物理过程十... 重点介绍霍尔推力器耦合区物理过程的研究现状.霍尔推力器的耦合区连接阴极与通道内等离子体,控制通道入口电子参数,也通过耦合环境影响阴极自身的电子发射特性.由于耦合区处于推力器外部的负梯度弱磁场区,导致耦合区发生的物理过程十分复杂.分别从种子电子向通道内传导、羽流中和过程、等离子体桥电子的E×B漂移和耦合环境中的阴极放电等方面讨论了耦合区的参数分布和影响因素,总结了耦合区的特点,指出了目前研究的难点与不足,并对后续研究给出了建议. 展开更多
关键词 霍尔推力器 空心阴极 耦合 E×B放电 电子传导
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钡钨空心阴极放电等离子体特性实验研究 被引量:4
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作者 张岩 康小录 乔彩霞 《火箭推进》 CAS 2014年第5期55-60,共6页
空心阴极作为电推力器的核心部件之一,其放电等离子体特性对空心阴极的性能和可靠性具有决定性的作用。采用实验的方法,使用朗谬尔静电探针置于钡钨空心阴极放电出口处,诊断和分析了钡钨空心阴极出口处的放电等离子体特性随阴极推进剂... 空心阴极作为电推力器的核心部件之一,其放电等离子体特性对空心阴极的性能和可靠性具有决定性的作用。采用实验的方法,使用朗谬尔静电探针置于钡钨空心阴极放电出口处,诊断和分析了钡钨空心阴极出口处的放电等离子体特性随阴极推进剂流量和放电电流的变化规律,结果表明:阴极推进剂流量和放电电流对空心阴极放电等离子体特性具有比较明显的影响,各等离子体参量随阴极推进剂流量和放电电流均有明显的变化,其中,电子数密度随阴极推进剂流量和放电电流的增大而上升,等离子体电势随阴极推进剂流量和放电电流的增大而下降,电子温度随阴极推进剂流量的增加而下降,随放电电流的增大有略微升高,而且,放电电流对放电等离子体特性具有更显著的影响。 展开更多
关键词 电推力器 钡钨空心阴极 朗谬尔静电探针 等离子体特性
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80mN霍尔推力器空心阴极寿命试验 被引量:2
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作者 乔彩霞 张岩 +1 位作者 康小录 余水淋 《火箭推进》 CAS 2014年第4期11-15,49,共6页
我国的多个GEO卫星平台即将采用电推进系统完成轨道保持任务,其中比冲为1 600 s的80 mN霍尔推力器是国际公认的最适合完成该项任务的推力器,也是目前国外卫星和深空探测器应用最广的电推力器。为满足15年GEO卫星寿命要求,80 mN霍尔推力... 我国的多个GEO卫星平台即将采用电推进系统完成轨道保持任务,其中比冲为1 600 s的80 mN霍尔推力器是国际公认的最适合完成该项任务的推力器,也是目前国外卫星和深空探测器应用最广的电推力器。为满足15年GEO卫星寿命要求,80 mN霍尔推力器必须达到7 500 h和8 000次点火的寿命指标。空心阴极作为霍尔推力器的重要组件,其寿命和点火次数必须达到相应的指标。为此,上海空间推进研究所开展了80 mN霍尔推力器空心阴极的寿命试验,试验采用模拟推力器阳极的三极管工作方式进行。截止2013年8月上旬,试验件1完成10 322 h寿命试验(含4 549次点火),试验件2完成24 248次加热器热循环试验。空心阴极的寿命已经达到任务要求,两个试验件的放电电压、触持极电压和点火时间等性能指标变化很小,目前试验还在持续进行中。 展开更多
关键词 霍尔推力器 空心阴极 寿命试验
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离子推力器中空心阴极耦合放电的试验研究
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作者 赵志伟 张天平 +1 位作者 冉文亮 李璇 《真空与低温》 2022年第6期650-659,共10页
空心阴极在离子推力器中耦合放电时受到的轰击溅射的离子强度与其单独试验有所不同,导致其在两种情况下寿命出现差异,离子推力器放电室内等离子体参数测量难度较大,相关的研究很少。基于这一现状,对离子推力器和空心阴极进行了耦合放电... 空心阴极在离子推力器中耦合放电时受到的轰击溅射的离子强度与其单独试验有所不同,导致其在两种情况下寿命出现差异,离子推力器放电室内等离子体参数测量难度较大,相关的研究很少。基于这一现状,对离子推力器和空心阴极进行了耦合放电试验。采用控制变量的方法,在不同的阳极电流、阳极气体流量、磁场强度以及放电室封闭程度等条件下,使用朗缪尔探针测量了放电室内的等离子体参数,得到了各种工况下等离子体中电子温度、电子密度、空间电势等的轴向和径向变化趋势,分析了这些变化在空心阴极损耗方面所起的作用,为空心阴极在两种条件下的等离子体模型和寿命损耗的对比提供数据基础。 展开更多
关键词 离子推力器 空心阴极 耦合放电 等离子体
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空心阴极微推力器研究进展
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作者 马宁 张天平 《真空与低温》 2020年第2期165-171,共7页
空心阴极微推力器是一种通过空心阴极放电产生高密度的等离子体,并将其喷出产生相应推力的电推力器,具有体积小、结构简单、研制难度小、成本低的优点,非常适合作为微小卫星的电推进系统。概述了空心阴极微推力器的系统组成和工作原理,... 空心阴极微推力器是一种通过空心阴极放电产生高密度的等离子体,并将其喷出产生相应推力的电推力器,具有体积小、结构简单、研制难度小、成本低的优点,非常适合作为微小卫星的电推进系统。概述了空心阴极微推力器的系统组成和工作原理,介绍了国内外空心阴极微推力器的研究进展和发展现状,分析了不同结构的空心阴极微推力器的性能参数和特点,并对其关键技术及发展趋势进行了初步讨论。 展开更多
关键词 空心阴极微推力器 等离子体 电推进
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