《霍爾推力器高電壓下放電模式轉變機理研究》是依託哈爾濱工業大學，由丁永傑擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：霍爾推力器高電壓下放電模式轉變機理研究
- 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：丁永傑
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
霍爾推力器具有高效率、高比沖的特點，能夠提高飛行器的有效載荷率，降低發射成本。.提高放電電壓是提高霍爾推力器比沖的有效方法。然而，放電電壓超過一臨界值後，放電特性發生轉變，如：電子電流劇增、電子溫度飽和以及放電效率降低等；放電特性轉變成為制約高比沖霍爾推力器發展的關鍵問題之一。目前研究僅限於單一現象分析，得出的結論還存在爭議，尚未形成對高電壓下放電機理的統一認識。.由於決定電子電流的電子傳導過程與決定電子溫度的電子能量輸運過程強烈耦合在一起，本項目從系統的角度提出了要從高電壓下霍爾推力器放電模式發生了轉變的視角來研究這些特殊放電現象，從互動耦合的視角研究電子傳導機制和能量輸運機制在不同電壓下的變化規律，給出高電壓下電子電流劇增及電子溫度飽和的機理，並提出相應的措施提高霍爾推力器在高電壓下的效率，為高比沖霍爾推力器設計提供理論參考。
結題摘要
針對霍爾推力器在高電壓下運行存在的電子溫度飽和、電子電流激增的現象，在基金資助下進行了理論研究，取得以下成果： 1、電子溫度飽和機制研究 對（B=const）變電壓下霍爾推力器出現的臨界區間內電子溫度飽和現象進行了分析。明確了焦耳加熱對電子溫度的主導地位和電子-壁面碰撞對電子溫度的調節作用，儘管在放電電壓提高的過程中電子從電場中獲得較多的能量，但隨著能量的增加，電子與壁面的碰撞加劇，導致了能量損失加劇，其獲得的能量基本上通過電子與壁面的碰撞損失掉，與實驗觀察到的磁場不變時電子溫度飽和現象一致； 2、高電壓下電子電流劇增機理研究 對高電壓下電子電流劇增（B~Ud0.5）進行了機理分析，隨著放電電壓的增加，電子溫度在一定範圍內程增長趨勢，隨著電子溫度的升高，鞘層從經典鞘層轉變為振盪鞘層，研究結果表明，電子電流在空間震盪鞘層下，電子電流能夠明顯增大，其主要原因振盪鞘層會使得參與近壁傳導的電子數量增多，因而導致了高電壓下（高電子溫度條件下）電子傳導電流的增加。 3、霍爾推力器高電壓放電最佳化研究 基於上述理論研究，提出了兩種最佳化方法，其一是最佳化磁場，進行了磁場強度和位形配合調節的變電壓實驗並完成了高電壓工況下的最佳化，實驗結果表明，通過磁場強度和位形的綜合調節，能夠減小變電壓範圍內推力器性能的變化範圍；同時，在高電壓下推力器性能的下降趨勢難以避免，但是可以通過磁場位形的調節使之得到顯著改善。其二是壁面材料最佳化，利用PIC模擬證明了使用高二次電子發射的壁面材料能夠有效冷卻電子溫度，從而在不提高磁場強度的前提下保證推力器高電壓下的正常運行；分割一定長度的通道出口附近壁面也可以達到類似的效果。
