本文關(guān)鍵詞：霍爾推力器背景磁場(chǎng)優(yōu)化及其對(duì)等離子體特性影響的數(shù)值研究

  更多相關(guān)文章： 霍爾推力器 磁場(chǎng) 電子運(yùn)動(dòng) 高頻震蕩 流體模擬

【摘要】：隨著人們對(duì)太空探索的增多,推進(jìn)技術(shù)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。許多推力器被研制出來。其中,霍爾推力器以其效率高、比沖大、使用壽命長(zhǎng)以及推力精細(xì)等優(yōu)點(diǎn)獲得了廣泛地應(yīng)用�；魻柾屏ζ髦形锢磉^程十分復(fù)雜,其中許多機(jī)制還不是很清楚,為了提高推力器在實(shí)際應(yīng)用中的效率,弄清楚這些物理機(jī)制很重要。此外,推力器的尺寸很小,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究具有一定的難度,因此,關(guān)于推力器物理機(jī)制的理論以及模擬的研究十分必要。本文數(shù)值模擬了霍爾推力器中的磁場(chǎng),對(duì)磁場(chǎng)進(jìn)行了優(yōu)化研究；以模擬出來的磁場(chǎng)作為背景磁場(chǎng),對(duì)霍爾推力器中等離子體進(jìn)行了二維流體模擬,研究了背景磁場(chǎng)對(duì)等離子體特性的影響。霍爾推力器中,磁場(chǎng)會(huì)約束電子運(yùn)動(dòng),卻不足以約束離子,離子被電場(chǎng)加速,進(jìn)而被噴出。磁場(chǎng)位形會(huì)對(duì)推力器的電勢(shì)分布產(chǎn)生影響,進(jìn)而影響推力器的整體性能。歷史上推力器性能的提升都伴隨著磁場(chǎng)位形的優(yōu)化。因此,研究影響磁場(chǎng)位形的因素是十分必要的。本文數(shù)值模擬了磁屏,磁極和輔助線圈對(duì)磁場(chǎng)位形的影響。研究發(fā)現(xiàn)磁屏與磁極之間的縫隙大小會(huì)對(duì)通道中的磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁鏡比產(chǎn)生影響；內(nèi)磁極高于外磁極時(shí),出口處磁力線與出口截面平行,是一種相對(duì)更優(yōu)化的磁場(chǎng)位形；輔助線圈電流強(qiáng)度會(huì)影響磁場(chǎng)強(qiáng)度和“零磁區(qū)域”位置,電流增大時(shí),磁鏡比增大,磁場(chǎng)梯度隨著線圈與陽(yáng)極距離變小而變大。推力器中,電子傳導(dǎo)、電子漂移、電子碰撞等物理過程都對(duì)霍爾推力器的性能有很大的影響。本文采用二維流體模擬的方法,討論了磁場(chǎng)對(duì)電子運(yùn)動(dòng)的影響。由于電子、離子的時(shí)間尺度相差很大,對(duì)離子做了漂移擴(kuò)散近似,對(duì)電子采用普通的流體模型。通過對(duì)數(shù)值解的分析發(fā)現(xiàn),當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度大于某一值時(shí),磁場(chǎng)能夠很好的約束電子的軸向傳導(dǎo)；當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度變大時(shí),環(huán)向速度會(huì)先變大然后再變小。等離子體特性對(duì)推力器性能有非常大的影響。因此,對(duì)它的研究十分重要。本文利用二維流體模擬(忽略了電子以及離子動(dòng)量方程中的慣性項(xiàng))研究了通道中等離子體的分布。采用有限差分法對(duì)模型進(jìn)行了離散求解,分析了不同磁場(chǎng)對(duì)等離子體物理特性的影響。根據(jù)數(shù)值結(jié)果,通道中出現(xiàn)了頻率在MHz量級(jí)的高頻震蕩。加入磁屏,頻率變小。出口處磁力線準(zhǔn)直性下降,更高頻率的不規(guī)則震蕩變明顯。存在“零磁區(qū)域”時(shí),高頻不規(guī)則震蕩得到抑制,同時(shí)MHz量級(jí)震蕩的頻率增大。當(dāng)磁力線凸向陽(yáng)極的時(shí)候,等離子體分布集中在通道中央；“零磁區(qū)域”的存在使密度峰值遠(yuǎn)離陽(yáng)極。
【關(guān)鍵詞】：霍爾推力器 磁場(chǎng) 電子運(yùn)動(dòng) 高頻震蕩 流體模擬
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V439
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-20
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 霍爾推力器的結(jié)構(gòu)以及工作原理10-11
• 1.3 磁場(chǎng)對(duì)霍爾推力器的影響11-14
• 1.3.1 霍爾推力器磁場(chǎng)的研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3.2 霍爾推力器磁場(chǎng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則12-14
• 1.4 霍爾推力器中電子的傳導(dǎo)過程14-17
• 1.4.1 經(jīng)典傳導(dǎo)15-16
• 1.4.2 玻姆傳導(dǎo)16
• 1.4.3 近壁傳導(dǎo)16-17
• 1.5 霍爾推力器中震蕩現(xiàn)象的研究17-18
• 1.6 論文的主要內(nèi)容18-20
• 2 霍爾推力器背景磁場(chǎng)優(yōu)化的數(shù)值研究20-31
• 2.1 引言20
• 2.2 模型20-22
• 2.3 數(shù)值方法22-23
• 2.4 數(shù)值結(jié)果與討論23-30
• 2.4.1 磁屏對(duì)磁場(chǎng)位形的影響23-25
• 2.4.2 內(nèi)外磁極高度對(duì)磁場(chǎng)位形的影響25-27
• 2.4.3 輔助線圈對(duì)磁場(chǎng)位形的影響27-30
• 2.5 結(jié)論30-31
• 3 霍爾推力器背景磁場(chǎng)對(duì)等離子體中電子運(yùn)動(dòng)行為影響的數(shù)值研究31-38
• 3.1 引言31
• 3.2 模型31-33
• 3.3 結(jié)果與討論33-37
• 3.4 結(jié)論37-38
• 4 霍爾推力器背景磁場(chǎng)對(duì)高頻震蕩影響的數(shù)值研究38-50
• 4.1 引言38
• 4.2 模型38-40
• 4.3 結(jié)果與討論40-48
• 4.3.1 磁屏的影響40-45
• 4.3.2 磁極相對(duì)高度的影響45-46
• 4.3.3 輔助線圈的影響46-48
• 4.4 結(jié)論48-50
• 結(jié)論50-51
• 參考文獻(xiàn)51-55
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況55-56
• 致謝56-57

【共引文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 于達(dá)仁;劉輝;付海洋;;Effect of Magnetic Mirror on the Asymmetry of the Radial Profile of Near-Wall Conductivity in Hall Thrusters[J];Plasma Science and Technology;2009年03期

2 趙海龍;王春生;嚴(yán)禹明;劉洪臣;江濱浩;;Improvement of Azimuthator Based on Particle Simulation[J];Plasma Science and Technology;2015年01期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前4條

1 李鴻;霍爾推力器壽命周期內(nèi)電子近壁傳導(dǎo)特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

2 李杰;大高徑比霍爾推力器的理論與實(shí)驗(yàn)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

3 劉輝;霍爾推力器電子運(yùn)動(dòng)行為的數(shù)值模擬[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

4 張鳳奎;霍爾推力器絕緣壁面鞘層動(dòng)態(tài)特性及其對(duì)近壁傳導(dǎo)的影響[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前6條

1 李鴻;電子傳導(dǎo)特性對(duì)穩(wěn)態(tài)等離子推進(jìn)器影響的數(shù)值模擬[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2006年

2 疏舒;壁面二次電子發(fā)射對(duì)SPT鞘層及近壁傳導(dǎo)的影響研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2006年

3 卿紹偉;霍爾推力器絕緣壁面鞘層穩(wěn)定性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2007年

4 付海洋;磁場(chǎng)位形對(duì)霍爾推力器內(nèi)電子運(yùn)動(dòng)的影響研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2008年

5 賈景衛(wèi);霍爾推力器傳導(dǎo)溝槽對(duì)近壁傳導(dǎo)影響的粒子模擬[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

6 任靜;霍爾推力器中背景磁場(chǎng)對(duì)電子行為影響的數(shù)值研究[D];大連理工大學(xué);2014年

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本文編號(hào)：1076084