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霍尔推力器缓冲区磁场设计

作　者: 孙百峰
导　师: 于达仁
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 动力机械及工程
关键词: 霍尔推力器磁场预电离放电特性
分类号: V439.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着卫星技术的迅速发展以及人类对太空探索的不断加速,相应为航天器提供机动力的推进技术也在不断发展。电推进装置以其高效率高比冲等优点,成为了世界各航天大国研究中心的热点。霍尔推力器是电推进装置的一种,广泛应用于航天器的轨道提升、位置保持、姿态控制等飞行任务。霍尔推力器是一种依靠通道内的轴向电场加速并喷出离子流,并利用离子流的反冲作用产生推力的推进装置。对于第二代霍尔推力器,工作气体主要在通道中完成电离,电离后的离子在加速区被电场加速喷出。但部分能量较高的快电子会进入缓冲腔提前与中性原子发生电离,即为预电离。一些研究结果显示,随着预电离率的提高,推力器放电电流低频振荡的幅度逐渐变小。并且,预电离率的提高会使快电子能量得到回收再利用,从而提高推力器的效率。本文围绕着提高预电离的方式以及预电离增加后对推力器放电特性的影响等问题开展了相关工作。首先,对推力器进行了重新设计,主要是在推力器背板和缓冲腔陶瓷底板之间放置一个独立励磁的U型环状磁极,增加缓冲区磁场强度,使进入缓冲腔内的快电子能量尽可能多的得到回收再利用,以提高预电离率。其次,对比U型磁极产生反向磁场、正向磁场以及产生反向磁场并且附加电源提供30V电压时的预电离和推力器放电情况,发现,随着缓冲腔磁场增强,或者附加电压的增加,预电离均增加,此时放电电流振荡减小,而且羽流发散角也有减少的趋势。最后,采用预电离方式,改变缓冲腔磁场以实现自清洗的实验研究。推力器在真空罐内运行一段时间后,会在陶瓷壁面形成污染,对霍尔推力器有很大的影响,比如,效率下降、振荡加剧等。试验中通过改变霍尔推力器通道中的磁场,控制等离子体出射方向,使其能够冲击到内外陶瓷套筒上。经过一段时间的冲击以达到清洗的目的。实验表明,在一定程度上达到了自清洗的目的。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-16
  1.1 课题来源及研究的目的和意义  9-11
    1.1.1 课题来源  9
    1.1.2 课题背景及研究目的和意义  9-11
  1.2 国内外研究现状及分析  11-15
    1.2.1 预电离的证实  11
    1.2.2 关于预电离的研究  11-15
  1.3 论文的主要研究内容及章节安排  15-16
第2章新磁路设计与磁场实测  16-30
  2.1 缓冲腔内的磁场对带电粒子的影响  16
  2.2 新磁路设计  16-19
  2.3 新磁路霍尔推力器零件加工与磁场实测  19-21
    2.3.1 霍尔推力器与新零件加工  19-20
    2.3.2 磁场实测  20-21
  2.4 试验系统概述  21-29
    2.4.1 真空系统及供气系统  21-22
    2.4.2 测量装置  22-28
    2.4.3 霍尔推力器装置  28-29
  2.5 本章小结  29-30
第3章改变磁场增加预电离对推力器放电特性影响的实验研究  30-50
  3.1 试验方案设计  30
  3.2 缓冲腔磁场改变对推力器放电特性影响的实验研究  30-41
    3.2.1 励磁4 产生反向磁场时对推力器放电特性影响的研究  30-37
    3.2.2 励磁4 产生正向磁场时对推力器放电特性影响的研究  37-41
  3.3 气体分配器作为第二放电电极对推力器放电特性影响的实验研究  41-45
    3.3.1 试验概述  41-42
    3.3.2 实验现象与结果  42-45
  3.4 试验结果分析  45-49
  3.5 本章小结  49-50
第4章改变磁场以实现自清洗的实验研究  50-62
  4.1 实验综述  50-51
    4.1.1 霍尔推力器壁面污染的形成  50
    4.1.2 霍尔推力器壁面污染的影响  50-51
  4.2 实验方案设计  51-53
    4.2.1 实验设计思路  51
    4.2.2 磁场设计  51-53
  4.3 实验结果与分析  53-60
    4.3.1 实验情况  53-55
    4.3.2 清洗情况  55-57
    4.3.3 实验结果与分析  57-60
  4.4 本章小结  60-62
结论  62-63
参考文献  63-68
致谢  68-69
个人简历  69

霍尔推力器缓冲区磁场设计

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