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稳态等离子发动机器壁腐蚀的光谱诊断

作　者: 于善猛
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: 稳态等离子发动机器壁腐蚀光谱诊断
分类号: V433.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 23次
引　用: 2次
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内容摘要

稳态等离子发动机(Stationary Plasma Thruster简称SPT)是Hall发动机的一种,在航天方面有着广阔的应用前景,可用于卫星的精确定位、轨道保持、姿态控制等方面。SPT具有体积小,结构紧凑,推力小,比冲大的特点,这类发动机的寿命长,能够提高卫星的有效载荷,节约发射成本,能完成远距离的探测任务。具有环形的放电通道是Hall推进器的基本特征,电子在环形通道内形成闭环漂移,离子在通道内轴向电场的作用下加速以产生推力。由于通道内离子束的发散导致部分离子轰击到通道表面,造成了环形通道器壁的溅射腐蚀。在限制推进器寿命的因素中,通道器壁溅射腐蚀最为严重,因此对通道器壁腐蚀的研究具有重要意义。本文基于发射光谱法,用Avaspace 8通道光栅光谱仪对SPT通道器壁腐蚀进行分析。主要内容包括:光谱诊断实验系统的构建。对光学实验系统的构建进行了详细论述,主要包括光学系统的测量原理及方案、光学组件的特点及性能、光学系统的标定过程,综合整个光路和光学传感器件对光信号的影响,对系统误差进行了分析。不同磁聚焦情况下内外器壁的腐蚀速率的光谱诊断。磁聚焦对通道腐蚀具有重要影响。本文通过测量聚焦和发散2种状态下的陶瓷器壁特征元素谱线的强度随着时间的变化,结合理论分析和实验数据得出不同磁聚焦下发动机器壁腐蚀速率变化的规律。放电电压和阳极质量流量对通道器壁腐蚀的影响。针对不同放电电压和阳极质量流量下的通道器壁的腐蚀进行了研究,分析了放电电压和质量流量这两个运行参数对发动机寿命的影响的规律,并从机理上进行了分析。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-16
  1.1 课题背景  9-11
  1.2 光谱诊断国内外研究现状  11-13
  1.3 器壁腐蚀国内外研究现状  13-15
  1.4 本文主要研究内容  15-16
第2章稳态等离子发动机绝缘器壁腐蚀光谱诊断原理  16-37
  2.1 SPT实验系统及羽流区光谱测量系统  16-20
    2.1.1 等离子发动机实验系统概况  16
    2.1.2 光谱诊断系统的构建方案  16-20
  2.2 稳态等离子光谱辐射强度测量模型  20-23
    2.2.1 羽流区光谱测量模型  20-22
    2.2.2 通道中光谱测量模型  22-23
  2.3 溅射的基本类型及微观过程  23-33
    2.3.1 溅射的基本类型  24-25
    2.3.2 溅射过程的一般描述  25-30
    2.3.3 器壁微观溅射腐蚀为线性级联溅射  30-31
    2.3.4 溅射腐蚀速率及线性级联溅射理论  31-33
  2.4 通道器壁侵蚀的光谱测量  33-36
  2.5 本章小结  36-37
第3章磁聚焦对器壁腐蚀速率影响的光谱诊断  37-64
  3.1 磁场位形对SPT离子运动的影响  37-41
  3.2 磁聚焦对器壁溅射腐蚀速率影响的实验研究  41-51
    3.2.1 最佳光纤探头测量位置的确定  41-44
    3.2.2 考察2 种不同聚焦状态下的腐蚀速率  44-51
  3.3 离子溅射的角度特性及对实验结果的讨论  51-58
    3.3.1 磁聚焦对陶瓷器壁腐蚀速率影响实验结果的讨论  51
    3.3.2 利用称重法对光谱测量结果的验证  51-58
  3.4 内外器壁溅射腐蚀特性差异的讨论  58-63
  3.5 本章小结  63-64
第4章放电电压对器壁腐蚀速率影响的光谱诊断  64-75
  4.1 放电电压对SPT离子束流的影响  65-66
  4.2 放电电压对器壁腐蚀速率的影响机理  66-68
  4.3 放电电压对器壁腐蚀速率影响的实验  68-69
  4.4 实验结果分析  69-71
  4.5 择优溅射的测量  71-74
  4.6 本章小结  74-75
结论  75-76
参考文献  76-81
附录数据处理程序  81-84
攻读学位期间发表的学术论文  84-86
致谢  86-87
个人简历  87

稳态等离子发动机器壁腐蚀的光谱诊断

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