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霍尔推力器低频振荡的模型修正及特性研究

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第1章 绪论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 霍尔推力器低频振荡的研究现状

1.3 本文主要研究内容

第2章 低频振荡模型的建立及求解算法设计

2.1 引言

2.2 霍尔推力器一维流体模型的建立

2.3 数值模型的算法设计

2.4 霍尔推力器数值模拟系统软件设计

2.5 本章小结

第3章 现有模型的修正及结果分析

3.1 引言

3.2 现有模型的数值结果分析

3.3 新模型数值模拟及结果分析

3.4 本章小结

第4章 工作参数对低频振荡的影响分析

4.1 引言

4.2 放电电压对低频振荡的影响

4.3 质量流量对低频振荡的影响

4.4 磁通密度对低频振荡的影响

4.5 磁场构型对电离分布的影响

4.6 工作参数对低频振荡影响的综合分析

4.7 本章小结

第5章 工作参数对低频振荡影响的实验研究

5.1 引言

5.2 实验环境介绍

5.3 实验测量原理

5.4 实验结果及分析

5.5 通道内电离机制分析

5.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

声明

致谢

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摘要

霍尔推力器是利用电磁场作用来实现工质电离与离子加速的等离子体射流源。电离不稳定状态所表现出的放电电流低频振荡是推力器工作过程中的主要特性之一,也是研究其内部微观机制与宏观性能的基础。数值模拟是描述低频振荡过程的重要方法,而现有数值模型计算结果与实验特性具有较大差别,需要进一步的完善。本文根据推力器通道内不同区域的物理特性的差别对低频振荡模型进行修正,给出更符合实际情况的新模型。进一步在新模型的仿真平台下分析工作参数对低频振荡的影响,并进行实验验证。主要内容包括:
  基于波尔兹曼方程建立描述低频振荡的偏微分方程组,对方程组进行无纲量化处理并通过差分计算求得数值解。针对现有模型中离子数密度变化、中性气体数密度变化及放电电流变化与实验结果的差别,结合通道内近阳极区与电离-加速区的物理机制特性,对现有模型的准中性假设进行修正,并引入壁面复合和反常传导机制。计算结果显示,新模型给出的通道内典型参数变化更符合实验结果。
  中性气体电离及离子加速是通道内最主要的两个物理过程,而低频振荡是推力器内部电离特性的直接表现。基于新模型的模拟平台,通过研究通道内电离状态随工作参数变化特性来研究低频振荡。分别改变放电电压、工质流量、磁通密度来观察通道内电离强度的平均分布以及电离区域的特征变化,并给出不同参数下放电电流的振荡特性。分析总结出低频振荡形态与通道内部电离特性的内在联系。
  基于现有的实验平台,考察通道内电离状态与工作参数的关系。采用光谱测量方法,根据通道内等离子体特性建立日冕模型对光谱测量结果进行处理。以推力器优化工况点(羽流离子束发散角及放电电流振荡较小)为基准工况,分别改变推力器工作参数并对通道内光谱数据进行处理。通过对数值及实验结果分析,得出霍尔推力器低频振荡是中性气体填充和电离交替占优的过程。

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