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霍尔推力器羽流区和通道内的光谱诊断

作　者: 魏建国
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: 霍尔推力器羽流光谱诊断光谱发射率
分类号: V430
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 88次
引　用: 1次
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内容摘要

霍尔推力器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。霍尔推力器具有体积小,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。光谱诊断是实验研究霍尔推力器的重要手段,这种非接触式的诊断方法与其他常用的方法相比有着很多独特的优势,利用它可以方便的进行一些等离子参数测量和发动机工作特性分析。本文在前人研究的基础上,进一步深入研究了霍尔推力器光谱诊断的基本理论模型,利用模型对霍尔推力器羽流区和通道内的光谱进行诊断。在基本理论方面,本文结合霍尔推力器光谱辐射的基本特点,介绍了基于速率方程的超组态跃迁理论,建立了霍尔推力器光谱辐射的超组态辐射模型,大大简化了光谱辐射计算量。结合碰撞辐射模型,给出了含有电子能量分布函数的第一类弗雷德霍姆兹方程,介绍了离散正则化算法求解电子能量分布函数的步骤。根据激发和辐射原理对霍尔推力器羽流区和通道内的辐射分别建立了碰撞辐射模型和日冕模型,利用相对光谱辐射强度计算电子温度等参数。利用等离子体体发射源强度的概念建立了计算绝对光谱辐射强度的公式,将实际测量结果与计算值联系起来。建立了羽流区光谱测量系统,利用该系统测量了羽流区光谱辐射强度沿轴向变化,并利用谱线相对强度计算不同放电电压下羽流区平均电子温度沿轴向的分布。建立了羽流区光谱辐射径向分布的计算模型,利用该模型研究了羽流区光谱辐射径向分布沿轴向变化,发现沿轴向距离的增大,径向分布由双峰结构逐渐演化为单峰结构,即辐射强度最大区域由环形带退化成一个点。本文提出了羽流光谱辐射发散度(ξ)概念。磁场位形发散时,羽流欠聚焦,ξ增大。反之ξ则减小。利用ξ描述光谱辐射能量的发散程度,进而研究磁场位形变化。霍尔推力器通道内参数测量具体十分重要的意义。首先介绍了通道内光谱测量系统,对发动机结构进行了调整。利用在发动机外陶瓷管上开孔的方法将等离子体光谱辐射能引出。研究表明,原子谱线强度沿轴向逐渐增大。且随放电电压的增大,原子谱线强度最大值向阳极移动,得出电离区向阳极移动的结论。离子谱线强度有两个最大值区域。随着质量流量的增大,原子谱线强度基本上呈线性增加。离子谱线在电离区之前的区域也随质量流量的增大而增大,但是在电离区不满足这个变化规律。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-17
  1.1 课题背景  9-12
  1.2 国内外研究现状  12-15
    1.2.1 国外研究现状  12-14
    1.2.2 国内研究现状  14-15
  1.3 本文主要研究内容  15-17
第2章霍尔推力器光谱诊断理论与模型  17-34
  2.1 基于速率方程的超组态跃迁理论  17-21
  2.2 霍尔推力器光谱辐射能级的超组态模型  21-23
  2.3 电子能量分布函数反问题研究  23-27
  2.4 相对光谱辐射强度测量模型  27-31
  2.5 绝对光谱辐射强度测量模型  31-33
  2.6 本章小节  33-34
第3章霍尔推力器羽流区光谱诊断  34-53
  3.1 霍尔推力器实验系统概况  34
  3.2 羽流区光谱测量系统  34-35
  3.3 羽流区光谱辐射强度轴向变化的研究  35-37
  3.4 不同放电电压下羽流区平均电子温度轴向变化研究  37-39
  3.5 羽流区光谱发射率径向分布及羽流聚焦状态研究  39-52
    3.5.1 羽流光谱发射率径向分布计算模型  39-42
    3.5.2 羽流径向光谱发射率沿轴向变化的研究  42-47
    3.5.3 不同磁场位形下的光谱发射率径向分布变化研究  47-50
    3.5.4 羽流发散角光学测量  50-52
  3.6 本章小结  52-53
第4章霍尔推力器通道内光谱诊断  53-59
  4.1 通道内光谱辐射测量系统  53-54
  4.2 不同放电电压下光谱辐射强度轴向变化及电离区位置研究  54-56
  4.3 不同质量流量下光谱辐射强度沿轴向变化研究  56-58
  4.4 本章小结  58-59
结论  59-61
参考文献  61-65
附录数据处理程序  65-68
攻读学位期间发表的学术论文  68-70
致谢  70

霍尔推力器羽流区和通道内的光谱诊断

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