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二次电子对霍尔推进器鞘层影响的数值模拟

作　者: 薛中华
导　师: 刘金远
学　校: 大连理工大学
专　业: 等离子体物理
关键词: 二次电子发射 捕获系数 鞘层 鞘层不稳定性 双流运动
分类号: V43
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 46次
引　用: 1次
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内容摘要


随着科学技术的进步和航天技术的迅速发展,以及人类在空间领域的活动越来越频繁,高性能、长寿命电推进技术的研究日益受到各国的重视,尤其是对霍尔电推进器的开发和研究。目前为了提高霍尔电推进性能所需要攻破的难题还有不少,其中霍尔推进器内等离子体与壁面相互作用对放电特性的影响非常重要。本文讨论了二次电子发射对霍尔推进器的稳态特性和鞘层的影响,以及二次电子引起的不稳定性,并得到了一些不错的结果。1.采用流体力学模型,对高能电子撞击霍尔推进器通道陶瓷壁面产生的二次电子对通道鞘层的稳态性质的影响进行数值研究。主要得到三个方面的结论:1.二次电子的大量发射削弱了离子能量在霍尔推进器通道器壁的沉积,进而降低了离子对陶瓷器壁表面的腐蚀;但同时总能量沉积的增加,削弱了霍尔推进器通道内的放电特性。2.霍尔推进器鞘层中的变化主要取决于二次电子发射系数和捕获系数的乘积。3.霍尔推进器通道内的电子温度极限受器壁二次电子发射系数的影响。2.采用粒子模型对霍尔推进器通道进行二维模拟,得到通道中各种物理量的分布以及电场、磁场对通道中的电流密度分布、鞘层中的电子能量分布的影响,并验证了环形通道效应。3.讨论霍尔推进器鞘层不稳定性的出现是由于鞘层内的总电流对等离子体相对壁面的电势的非线性依赖关系造成的。这种非线性依赖关系的产生机制包括:二次电子在穿越交叉电磁场时束能量沿运动轨迹的震荡和电子束本身对二次电子密度的变化的影响。通过讨论二次电子发射系数与鞘层等离子体电势的关系,得到的结论:鞘层内由于束电子的作用而产生的不稳定性持续时间为电子在器壁间的渡越时间。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-20
  1.1 电推进技术发展回顾  8-12
    1.1.1 电推进器的发展背景  8
    1.1.2 电推进器系统分类及工作原理  8-9
    1.1.3 典型电推进系统特点及性能比较  9-10
    1.1.4 电推进器系统国内外研究及应用现状  10-12
  1.2 霍尔推进器简述  12-16
    1.2.1 霍尔电推进器的结构和工作原理  12-15
    1.2.2 霍尔电推进器的放电特性  15-16
  1.3 霍尔推进器内等离子体与器壁相互作用  16-18
    1.3.1 鞘层的形成与影响  16-17
    1.3.2 器壁材料特性与二次电子发射  17-18
    1.3.3 二次电子对等离子体鞘层的影响  18
    1.3.4 霍尔推进器内外壁二次电子"双流"运动的形成与影响  18
    1.3.5 霍尔推进器内不稳定性概述  18
  1.4 本章小结  18-20
2 内外壁面二次电子对等离子体鞘层性质的相互影响  20-40
  2.1 二次电子的捕获系数  20-22
  2.2 推进器通道的鞘层模型  22-26
  2.3 数值计算结果与讨论  26-38
    2.3.1 二次电子的捕获系数对SPT鞘层的影响  26-32
    2.3.2 沉积在器壁的动能流  32-36
    2.3.3 二次电子发射对到鞘层电子温度临界温度的影响  36-38
  2.4 电荷饱和极限简单讨论  38-40
3 霍尔推进器通道二维粒子模拟  40-48
  3.1 等离子体粒子模拟  40-41
    3.1.1 等离子体粒子模拟简介  40-41
    3.1.2 霍尔推进器内粒子模拟方法的优势  41
  3.2 二维模型的建立和假设前提  41-42
  3.3 模型方程与边界条件  42-44
  3.4 无量纲化处理  44
  3.5 数值模拟结果与分析  44-47
    3.5.1 鞘层区域电子的能量分布  44-45
    3.5.2 电流密度和霍尔推进器运行参数之间的关系  45-47
  3.6 本章小结  47-48
4 二次电子发射对等离子体鞘层不稳定性的影响  48-55
  4.1 霍尔推进器内不稳定性的研究意义  48-50
    4.1.1 实际应用背景  48
    4.1.2 霍尔推进器内的不稳定性的分类和原因  48-50
  4.2 鞘层不稳定性理论研究  50-54
    4.2.1 不稳定性发生的理论分析  50-51
    4.2.2 鞘层不稳定性与二次电子回旋相角的关系  51-54
  4.3 本章小结  54-55
5 结论  55-57
参考文献  57-60
附录A  60-61
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  61-62
致谢  62-63

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中图分类: > 航空、航天 > 航天（宇宙航行） > 推进系统（发动机、推进器）
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