《霍爾推力器的一種新設計自由度- - 變截面放電通道研究》是依託哈爾濱工業大學，由寧中喜擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：霍爾推力器的一種新設計自由度- - 變截面放電通道研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：寧中喜
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
霍爾推力器是一種已廣泛用於各種太空飛行任務的電磁電漿推進裝置。中性氣體工質電離、電子傳導和離子加速三大過程決定著推力器的性能。目前只有磁場設計這一種手段控制著電子傳導和離子加速，尚缺乏有效的中性氣體電離控制，這是導致霍爾推力器在低推力和高比沖研製過程中出現性能大幅下降的關鍵。.本課題擬通過引入一種控制中性氣體流動的新手段- - 通道變截面設計，來實現電離過程的最佳化控制。採用理論分析與實驗研究相結合的方法，深入研究截面變化對工質電離率和電離分布的影響機理，分析對電子傳導和離子加速特性的作用機制，掌握利用變截面結合磁場控制工質電離，提高電漿射流特性的方法，為霍爾推力器性能最佳化引入一個新的設計自由度。為解決霍爾推力器在發展過程中所出現技術矛盾提供理論指導。
結題摘要
為解決霍爾推力器在向低功率和高比沖方向發展時出現的電離離區擴展、束流特性變差問題，本項目提出了一種利用通道變截面設計，來控制中性氣體流動，並通過分析對電子傳導和離子加速特性的作用機制，掌握利用變截面結合磁場控制工質電離，實現其最佳化控制的方法。 研究過程中本課題分別針對通道內工質電離區和離子加速區，採用通道截面縮變和擴變兩類方法，進行提高工質電離率、改善電漿束聚焦特性的研究。理論和實驗研究表明，利用縮變通道電離區位置流通截面積的方法，可以有效地提高該區域的中性氣體密度和電漿密度，從而實現增加工質電離率的目的；利用擴變（漸擴型）通道加速區位置（出口處）流通截面的方法，可以有效地控制電子通過壁面形成的近壁傳導效應，該方法不但減少了離子壁面損失，更重要的是壓制了熱化電勢效應，使加速區內的等勢線更貼近磁力線，實現了電漿束聚焦。最後，綜合上述可控制工質電離和電漿加速的兩個方法，形成了能與傳統磁場位形進行較好匹配的變截面氪工質霍爾推力器，其實測的主要性能特徵為工質利用率提高10%，羽流發散半角降低至21°。理論和實驗證實了霍爾推力器在全壽命期內的束聚焦的自穩定性，為後續聚焦型霍爾推力器的真正航天套用提供了理論支撐和技術保障。
