氙离子推力器放电室等离子体参数测量

论述了离子推力器的工作过程,同时介绍了静电探针的测量原理,设计制作了用于诊断离子推力器放电室等离子体特性的双探针测量系统.装置用于氙离子推力器放电室等离子体测量,获得了放电室等离子体参数(电子温度、离子密度等)与推力器工作参数之间的变化关系.     

射频离子推力器放电室结构优化研究

射频离子推力器因结构简单、推力精确可调、工作寿命长等因素,已被广泛应用于航天领域,其中放电室的离子密度是决定推力性能的关键性要素。本文基于电感耦合放电过程建立了二维轴对称流体模型,分别研究了放电室在不同长径比和不同结构等条件下的离子密度变化规律。结果表明:增大射频功率和气压可以提升离子密度,放电室长度在3.5-4 cm时离子密度较高。在放电室直径相同条件下,模型1圆柱结构与模型2圆台结构体积保持一致,减小表面积可以提升离子密度;模型3球壳结构、模型4球壳圆柱结构与模型1圆柱结构的总长度一致,最优的复合结构模型4与单一圆柱结构模型1相比,离子密度提高18.2%,若两者密度相等时,最优的复合结构模型4可以节省15%功率输入或降低10%放电室内气压。     

离子推力器内部等离子体的微观特性研究

放电室是离子推力器产生等离子体的主要区域,放电室气体放电过程中的电势振荡导致阴极下游产生的大量高能离子不断轰击溅射刻蚀空心阴极触持极,长时间后,触持极顶被磨损穿透,阴极顶和阴极管也受到离子的轰击。提出了一种解析方法,运用解析数学工具,研究放电室内磁感应强度、电场强度等对离子运动轨迹和等离子体振荡频率的影响,从数学角度描述放电室气体放电过程和等离子体振荡特性。最终得到非平衡态下的离子含时演化方程、准平衡态下的等离子体动态特性曲线和放电室性能曲线。     

不同磁感强度下LIPS-200离子推力器放电室性能的研究

离子推力器放电室内永久磁铁产生的磁场大小及分布对提高放电室放电效率和约束等离子体起着非常重要的作用。利用离子推力器性能模型并结合试验测得的束流离子生产成本,分析放电室内磁感强度大小对LIPS-200离子推力器放电室性能的影响。数值计算结果显示永久磁铁厚度增加1mm,放电室内的磁感强度从原来的5．0×10^-3～3．0×10^-2T增加至1．0×10^-2-5．0×10^-2T。理论分析结果显示磁感强度增加50％,原初电子平均约束时间增加49．9％、原初电子和中性气体之间的碰撞概率增加6．9％、离子损耗减小64％、束流离子生产成本降低18．1％、推进剂利用率提高7．4％。放电损耗、推进剂利用率与磁感强度大小呈线性关系。该研究能够为今后离子推力器设计提供一定的参考。     

离子推力器放电室工作性能的模型与模拟技术研究现状

详细介绍了当前国外在离子推力器放电室理论分析模型和数值计算模型方面的研究进展。并就每种模型的特点、应用范围、前景及所采用的模拟方法进行了叙述。     

环型离子推力器放电室参数对推力器性能的影响

环型离子推力器放电室参数对其推力和比冲等具有显著影响.利用基于混合宏粒子(Hybrid-PIC)解耦迭代算法,对环型离子推力器稳态放电过程进行了三维仿真模拟,发现放电室参数对推力器的推力、比冲、放电损耗、电离率以及放电室出口处离子分布均匀性均会产生影响.研究结果表明,增大环型离子推力器阴极长度,会使原初电子和等离子体在...     

静电离子探针在气体放电磁化等离子体参数测量中的应用

为测量气体放电磁化等离子体离子参数,建立了一套静电离子探针诊断系统,进行了从近芯部到边缘区的离子温度分布的测量,结果与常规朗缪尔探针对电子参数的测量结果吻合。     

脉冲等离子体推力器放电电流测量

为测量脉冲等离子体推力器（PPT）工作时产生的冲击大电流,设计了一种基于Rogowski线圈的放电电流测量系统,并采用Pearson 5046电流互感器对其进行对比和校正。简要介绍了该测量系统的组成和原理,分析了相关参数的选取,实验表明,该系统方便实用,测量准确,对系统影响较小。     

静电离子探针在气体放电磁化等离子体参数测量中的应用

为测量气体放电磁化等离子体离子参数，建立了一套静电离子体探针诊断系统，进行了从近芯部到边绷区的离子温度分布的测量，结果与常规朗缪尔探针对电子参数的测量结果吻合。     

氙离子推力器放电室等离子体离子产生成本的测量与分析

离子推力器放电室等离子体离子的产生成本是影响推力器性能优劣的重要参数之一.从理论上分析了影响等离子体产生离子的能量消耗成本的基本因素,同时测量了不同工作条件下离子推力器的等离子体离子能量消耗成本值.试验结果与理论分析取得了良好的一致性.通过对试验结果的分析,得到离子推力器放电室等离子体离子消耗成本的最佳选取点.     

栅极系统电子返流对离子推力器寿命影响

栅极系统电子返流是离子推力器寿命的主要失效模式之一。以20 cm Xe离子推力器地面运行测试数据为基础,结合离子推力器栅极系统电子返流失效机理,预测了离子推力器在地面测试环境中和空间飞行环境中栅极系统电子返流对寿命的影响。预测结果表明:20 cm Xe离子推力器在地面试验环境中和空间飞行环境中的预期寿命分别为6 600 h和17 000 h。     

离子推力器束流下降原因分析

离子推力器的推力与其引出的束流成正比,束流的大小直接确定了推力.离子推力器在点火启动后,在工作条件不变的条件下,其引出束流随工作时间而下降.为找出束流下降的原因,以离子推力器为研究对象,通过分析引起离子推力器束流下降的各种因素,并对这些因素进行分析与验证.经过对因素的分析定位,找出引起束流下降的主要原因.分析与验证表明：影响离子推力器束流下降的决定因素为栅极组件固有特性、磁场固有特性和阴极固有特性,其中阴极固有特性是导致束流下降的主要原因.     

中高功率离子推力器的性能参数分析研究

此次系统调研在已有高功率离子推力器研制情况的基础上,对中高功率离子推力器的主要性能参数进行了分析研究,得到了离子推力器性能随功率变化的经验关系,并应用这些关系分析预测了中高功率离子推力器的性能极限,得出了基于现有技术的离子推力器难以满足未来高功率电推进使命需求的分析结论。     

考虑电荷交换的栅极区离子流数值模拟

使用基于嵌入式有限元质点网格与蒙特卡洛（IFE-PIC-MCC）的三维等离子体离子模拟程序,模拟离子在离子光学系统中的运动。计算了离子密度的空间分布,加速栅极上的冲击电流,加速栅极下游表面及孔壁的腐蚀。计算结果表明：加速栅极的腐蚀主要来源于交换电荷离子;由于交换电荷离子对加速栅极的冲击作用,加速栅极下游表面会形成＂坑＂形腐蚀,加速栅极孔壁会形成＂凹槽＂形腐蚀。数值仿真为离子光学系统的设计提供了有效手段。     

电推力器羽流离子能谱测试仪设计及在轨数据分析

阻滞势分析仪（RPA）可有效获得等离子体离子能量分布,针对空间电推力器产生的交换电荷等离子体羽流参数范围与特性,开展了专用RPA的设计,着重描述已用于航天器上搭载的RPA设计方法及影响因素分析。在轨测试表明,所设计RPA获得了理想的测试结果,通过对测试数据分析获得了羽流等离子体的离子能谱和束流密度。     

LIPS-200离子推力器束流模型及其应用

建立了基于测量数据基础的LIPS-200离子推力器束流模型,给出了模型中积分发散问题的解决方法。应用模型计算了LIPS-200推力器中远场束流分布,给出了束流发散角、推力修正因子、南北位保推力器安装角等应用实例。     

20cm氙离子推力器加速栅寿命预测

电荷交换离子对加速栅的腐蚀引起的加速栅结构失效是影响离子推力器寿命的主要因素之一。利用离子推力器加速栅工作寿命的确定性预测模型对兰州物理研究所研制的20cm氙离子推力器加速栅极结构失效时的质量损失和地面运行寿命进行了计算,将计算结果与地面寿命实验结果进行了对比,并利用该模型对20cm氙离子推力器加速栅极空间运行寿命进行了预测。