發散磁場中螺旋波電漿雙電層加速機理研究

《發散磁場中螺旋波電漿雙電層加速機理研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由王墨戈擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：發散磁場中螺旋波電漿雙電層加速機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王墨戈
• 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學

中文摘要

螺旋波電漿在發散磁場中運動形成的無電流雙電層可實現電漿超音速加速，以此為加速原理的螺旋波雙電層推力器具有結構緊湊、能量耦合效率高以及工作壽命長的特點，是一種很有潛力的新型空間電推力器，但目前對其電漿加速的認識尚不全面。本項目擬通過理論和實驗研究發散磁場中無電流雙電層的形成及加速機制，採用二維流體/PIC混合模擬方法，結合雷射誘導螢光動態診斷技術，著重解決低氣壓、非均勻電漿放電狀態及其在雙電層作用下加速膨脹過程模擬問題，探索氣體工質流率、磁場強度和構型、射頻功率等因素與雙電層加速性能之間的內在關聯規律，為螺旋波雙電層推力器的設計與最佳化提供理論方法。

結題摘要

經過三年的研究，項目組通過螺旋波電漿-天線放電能量耦合模型及稀薄電漿在發散磁場流動中的二維流體數值計算模型的建立，探索影響推進性能的推力器幾何構型、磁場構型及強度、射頻功率、氣體工質流量密度等因素的關聯規律。建立了更為精確的螺旋波三維瞬態放電模型，可進一步套用於螺旋波放電物理機制研究。結果表明：（1）磁場強度、天線位置是影響螺旋波電漿能量吸收規律的主要因素，而射頻頻率、天線半徑及其長度、氣體通道半徑主要影響了其吸收能量的大小，是推力器設計的次要考慮因素；（2）在螺旋波發散磁場加速機制下，電漿的運動在百微妙時間尺度內已基本達到穩定狀態，適當增加電離段電漿獲得的能量，增大發散磁場入口處的電子溫度，以提高內能轉化為軸向動能的效率，可有效增大雙電層加速推進的比沖。 實現了穩態電漿雷射誘導螢光診斷系統集成，發展了一種雙向偏振態雷射誘導螢光測量方法，提高了電漿診斷系統的測量準確性與使用便捷性。針對自建的螺旋波電漿雙電層推力器的測量結果表明：雙電層形成於較低的氣體壓力，隨著氣體流量的減小，離子平均速度出現明顯的升高，但是當氣體流量為10SCCM時仍然遠低於雙電層的期望加速值。