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磁场对霍尔推力器低频振荡的影响

作　者: 杨晶晶
导　师: 杨永滨
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 动力机械及工程
关键词: 霍尔推力器磁场低频振荡工质电离分布电离
分类号: V439.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 80次
引　用: 2次
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内容摘要

霍尔推力器(HET)是一种先进的电推进器,广泛应用于卫星位置保持、姿态控制和轨道转移等任务。霍尔推力器在工作过程中存在大范围的电流自发振荡,其中频率在1~100kHz之间的振荡幅值相对较大,称之为低频振荡,低频振荡是电离不稳定的表现,它和推力器的工作状态紧密相关,直接影响了推力器的性能和寿命。低频振荡严重时还会导致推力器熄火。所以对低频振荡的控制一直是推力器研究主要内容,低频振荡受很多因素的影响,其中磁场是最主要影响因素。本文主要研究了低频振荡的物理本质,在此基础上利用光谱测量方法得到了电离区的平均电离宽度和电离强度概念,进而研究了磁场强度、磁聚焦程度对电离不稳定以及低频振荡的影响,为实际应用中控制低频振荡给出了研究基础,主要内容如下:首先,研究了低频振荡的电离不稳定本质。通过准中性一维模型仿真和相关实验结果证明了低频振荡具有电离不稳定的特性,从而得出低频振荡产生的根本原因是电离过程的不稳定。之后对模型进行仿真,研究电离率、温度、磁场强度和梯度与电离区、低频振荡的相互关系,并结合推力器的工作原理,分析了磁场对电离过程的影响,为分析磁场对低频振荡的影响提供了途径:通道中磁场的分布决定了电导率的分布,进而决定了电势的分布,电势分布影响着原子的电离,从而影响低频振荡。其次,通过光谱测量确定了低频振荡和电离区特性关系。引入光谱测量方法,通过改变外回路电容,保持推力器其它稳态输入参数不变,断测量推力器通道中工质电离分布情况,研究单因素下工质电离分布与低频振荡之间的关系。实验结果表明低频振荡幅值较小时,对应的工质电离分布较为集中。最后,研究了磁场对低频振荡的影响。在不同质量流量、不同放电电压下,分别进行了磁场强度和磁聚焦对低频振荡影响的实验研究,得出了磁场影响低频振荡的一般性规律:在不同的质量流量、不同的放电电压下,随着磁场强度的增大,振荡的幅值增加,主电离位置有向阳极移动的趋势;在不同的质量流量下,聚焦时对应的振荡幅值最大。并对上述实验结果进行了简要分析。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-23
  1.1 课题背景  10-13
    1.1.1 课题来源  10
    1.1.2 研究背景及目的意义  10-13
  1.2 国内外研究现状  13-21
    1.2.1 霍尔推力器磁场研究现状  13-15
    1.2.2 霍尔推力器低频振荡研究现状  15-18
    1.2.3 磁场对低频振荡影响的研究现状  18-21
  1.3 论文研究内容  21-23
第2章磁场对低频振荡影响的机理分析  23-40
  2.1 引言  23
  2.2 低频振荡过程的准中性一维流体模型  23-29
    2.2.1 建模的基本假设  23-25
    2.2.2 模型中的基本方程  25-26
    2.2.3 模型的无量纲化  26-28
    2.2.4 对典型工况的仿真结果  28-29
  2.3 电离过程对低频振荡影响分析  29-35
    2.3.1 低频振荡的电离不稳定性  29-32
    2.3.2 电离率对低频振荡影响仿真分析  32-35
  2.4 磁场对电离过程影响分析  35-39
    2.4.1 磁场对低频振荡影响仿真分析  35-37
    2.4.2 磁场对电离过程影响的可能途径分析  37-39
  2.5 本章小结  39-40
第3章工质电离分布与低频振荡关系的实验研究  40-55
  3.1 引言  40
  3.2 实验设计及测量装置介绍  40-46
    3.2.1 实验方案设计  40-42
    3.2.2 通道内测量方法  42-46
  3.3 测量工质电离分布的光谱诊断方法  46-50
    3.3.1 光谱测量系统介绍  46-48
    3.3.2 电子温度和工质电离分布的计算  48-50
  3.4 实验结果  50-51
  3.5 物理机制分析  51-54
  3.6 本章小结  54-55
第4章磁场对低频振荡的影响的实验研究  55-84
  4.1 引言  55
  4.2 质量流量和放电电压对低频振荡的影响  55-59
    4.2.1 质量流量对低频振荡的影响  55-57
    4.2.2 放电电压对低频振荡的影响  57-59
  4.3 磁场强度对低频振荡的影响  59-74
    4.3.1 实验方案设计  59-62
    4.3.2 不同流量下磁场强度对低频振荡的影响  62-69
    4.3.3 不同放电电压下磁场强度对低频振荡的影响  69-73
    4.3.4 实验结果分析  73-74
  4.4 磁聚焦程度对低频振荡的影响  74-83
    4.4.1 实验方案设计  74-75
    4.4.2 不同流量下磁场聚焦对低频振荡的影响  75-79
    4.4.3 不同放电电压下磁场聚焦对低频振荡的影响  79-82
    4.4.4 实验结果分析  82-83
  4.5 本章小结  83-84
结论  84-86
参考文献  86-91
致谢  91

磁场对霍尔推力器低频振荡的影响

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