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霍尔推力器绝缘壁面鞘层稳定性研究

作 者: 卿绍伟
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 二次电子发射模型 鞘层 稳定性
分类号: V439.4
类 型: 硕士论文
年 份: 2007年
下 载: 66次
引 用: 1次
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内容摘要


霍尔推力器是一种最成熟、应用最广的电推进发动机,正在朝着更高效率、更大比冲、更长寿命、更小的羽流发散角方向发展,世界各航天强国的研究团体均致力于不断改进并优化霍尔推力器的性能,我国也正积极开展研究电推进技术的应用。在发动机壁面和通道等离子区域之间存在的等离子体鞘层作为霍尔推力器中的一基础性的物理问题,由于其对壁面受热、离子流动、近壁电导、壁面腐蚀、通道内的等离子体状态等各方面的巨大影响,日益成为当前研究的焦点和热点。电子和固体壁面发生作用时会产生二次电子发射现象,由于霍尔推力器的面容比很大,二次电子发射会对发动机通道内部的物理机制产生很大的影响。本文深入研究了等离子体与鞘层的耦合关系,确立了鞘层的边界条件;同时本文还研究了鞘层和壁面的耦合关系,即二次电子发射现象,回顾了已有的二次电子发射模型,总结了二次电子发射模型的建模方法,建立起了新的能反映绝缘材料真实二次发射特性的二次电子发射模型,数值计算表明该模型在鞘层模型中有着更好的数值特性。有文献表明霍尔推力器壁面鞘层振荡的物理原因是壁面处的二次电子发射,为了进一步理解二次电子发射对鞘层稳定性的影响,本文研究了二次电子能谱对鞘层稳定性的影响规律。本文揭示了稳态鞘层中带电粒子的流动规律,给出了判定经典鞘层存在的方法,该方法可以从理论上直接得出经典鞘层的稳态电势,并且分析出的鞘层电势和数值计算结果十分吻合。鞘层在霍尔推力器通道内部扮演着十分重要的角色,然对于其的实验测量是很困难的。为了研究鞘层以及其对于霍尔推力器其它特性的影响时,我们用动力学方法对鞘层进行了数值建模,壁面处的边界条件为二次电子发射模型。在此基础上我们分析了不同SEE模型下霍尔推力器通道内的鞘层特性。在霍尔推力器发动机通道内,电子并不满足经典的Maxwellian分布,我们定性构造了简单的非Maxwellian分布来表征实际的电子分布特性,分析了电子分布函数差异对鞘层的影响,为深入研究电子分布函数打下了良好的基础。

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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) > 特种发动机 > 电推进火箭发动机
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