隨著航天技術(shù)的發(fā)展,電推進(jìn)（Electric Propulsion,EP）技術(shù)在太空探索中發(fā)揮越來越重要的作用,微陰極電弧推力器（Micro-Cathode Arc Thruster,μ-CAT）是一種新型的脈沖放電推力器,由推力器放電腔室、外加磁路裝置和脈沖高壓電源組成。其利用電源加在放電腔室陰陽極之間的脈沖高壓擊穿電極,發(fā)生電弧放電現(xiàn)象,不斷燒蝕并擊穿陰極金屬材料產(chǎn)生等離子體,在磁路裝置產(chǎn)生的磁場作用下加速噴出,產(chǎn)生推力。μ-CAT具有質(zhì)量和體積小、比沖高、加工簡單、不需攜帶額外工質(zhì)等特點,便于實現(xiàn)批量生產(chǎn)和模塊化組裝,可用于航天器軌道變遷、誤差補(bǔ)償、深空探測等,在微納衛(wèi)星中有廣泛應(yīng)用。本文總結(jié)歸納了國內(nèi)外μ-CAT的發(fā)展現(xiàn)狀,詳細(xì)分析了μ-CAT的工作原理,并對同軸型微陰極電弧推力器進(jìn)行了數(shù)值模擬及實驗研究。首先使用等離子體粒子模擬（Particle in Cell,PIC）的算法編寫了羽流模擬程序,在保證重要物理參數(shù)模擬結(jié)果正確前提下,利用縮比算法和運動轉(zhuǎn)換公式等縮短了程序的計算時長,加速收斂。程序?qū)o定工況下的μ-CAT的等離子體羽流進(jìn)行了模擬計算,得到了計算區(qū)域的粒子密度分... 

【文章來源】：大連理工大學(xué)遼寧省211工程院校985工程院校教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：74 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 電推進(jìn)技術(shù)概述
    1.3 微陰極電弧推力器發(fā)展現(xiàn)狀
        1.3.1 μ-CAT實驗研究發(fā)展現(xiàn)狀
        1.3.2 μ-CAT數(shù)值模擬發(fā)展現(xiàn)狀
    1.4 微陰極電弧推力器工作原理
    1.5 本文的研究內(nèi)容
2 μ-CAT的 PIC計算方法
    2.1 μ-CAT數(shù)值模擬的基本流程
    2.2 泊松方程的求解
    2.3 電磁線圈磁場求解
    2.4 粒子的運動
    2.5 粒子電荷的權(quán)重分配
    2.6 收斂條件
    2.7 μ-CAT計算模型及縮比方法
        2.7.1 μ-CAT計算模型
        2.7.2 PIC計算穩(wěn)定性條件
        2.7.3 網(wǎng)格劃分及縮比算法
    2.8 本章小結(jié)
3 μ-CAT數(shù)值模擬結(jié)果
    3.1 初始條件模擬結(jié)果
        3.1.1 電磁線圈模擬結(jié)果
        3.1.2 等離子體羽流模擬結(jié)果
    3.2 電磁線圈位置影響
    3.3 電磁線圈電流大小影響
    3.4 本章小結(jié)
4 μ-CAT實驗平臺的搭建
    4.1 μ-CAT放電腔室材料與結(jié)構(gòu)
        4.1.1 μ-CAT放電腔室材料
        4.1.2 μ-CAT放電腔室結(jié)構(gòu)
    4.2 電磁線圈材料與結(jié)構(gòu)
    4.3 實驗平臺設(shè)計
        4.3.1 真空艙體設(shè)計
        4.3.2 實驗測試裝置
    4.4 本章小結(jié)
5 μ-CAT放電性能研究
    5.1 μ-CAT放電點火現(xiàn)象
    5.2 陰極燒蝕
    5.3 絕緣陶瓷侵蝕
    5.4 μ-CAT伏安特性
    5.5 本章小結(jié)
6 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 工作展望
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]影響環(huán)形微陰極電弧推力器壽命的因素研究[J]. 田雷超,李林,杭觀榮,康小錄.  宇航學(xué)報. 2019(12)
[2]空間電推進(jìn)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 康小錄,張巖.  上海航天. 2019(06)
[3]微陰極電弧推力器工作性能影響因素研究[J]. 耿金越,秦宇,龍軍,劉旭輝,沈巖.  推進(jìn)技術(shù). 2020(01)
[4]中國電推進(jìn)技術(shù)發(fā)展及展望[J]. 于達(dá)仁,喬磊,蔣文嘉,劉輝.  推進(jìn)技術(shù). 2020(01)
[5]離子推力器應(yīng)用前景展望研究[J]. 伍賽特.  能源研究與管理. 2019(01)
[6]中國微納衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)勢分析[J]. 滿璇.  衛(wèi)星應(yīng)用. 2019(02)
[7]微陰極電弧推力器放電特性研究[J]. 周思齊,耿金越,夏廣慶,王鵬.  真空科學(xué)與技術(shù)學(xué)報. 2019(01)
[8]微小衛(wèi)星標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀的分析及思考[J]. 王鑫,張妍,尹玉明,尹佳琪.  中國航天. 2018(12)
[9]微陰極電弧推力器磁路設(shè)計[J]. 耿金越,周思齊,夏廣慶,陳君,沈巖.  中國空間科學(xué)技術(shù). 2018(05)
[10]微納衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)發(fā)展探討[J]. 閆驍絹,張銳,謝祥華,余勇.  航天器工程. 2018(04)

碩士論文
[1]微弧陰極放電推力器系統(tǒng)設(shè)計及性能測試[D]. 王鵬.大連理工大學(xué) 2017
[2]霍爾推力器通道壁面分割放電特性研究[D]. 曹安寧.大連海事大學(xué) 2016



本文編號：3643047