2 cm ECRIT联结磁场对羽流中和的影响.pdf
《2 cm ECRIT联结磁场对羽流中和的影响.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《2 cm ECRIT联结磁场对羽流中和的影响.pdf(8页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、 年 月第 卷第 期西 北 工 业 大 学 学 报 :收稿日期:基金项目:国家自然科学基金()资助作者简介:雷一鸣(),西北工业大学硕士研究生,主要从事电推进研究。通信作者:杨涓(),西北工业大学教授,主要从事电推进研究。:联结磁场对羽流中和的影响雷一鸣,杨涓,耿海,吴先明,牟浩,付瑜亮西北工业大学 航天学院,陕西 西安;兰州空间技术物理研究所 真空技术与物理重点实验室,甘肃 兰州 摘 要:电子回旋共振离子推力器(,)外部联结磁场是影响羽流中和过程以及中和器耦合电压的因素之一。联结磁场随离子源和中和器安装方位及其内部磁极方向的不同而不同,计算联结磁场分布规律、实验研究磁场对羽流中和的影响是非常
2、重要的工作。针对离子源的 个功率和 个流量,加速电压 内,开展中和实验,研究离子源与中和器磁极方向和位置关系的变化对离子束流引出和最高耦合电压大小的影响规律。结果表明,离子束流引出不受磁极方向和离子源与中和器安装方位的影响。离子源与中和器相对垂直安装时能降低中和器耦合电压,同时通过改变中和器磁极方向使其与离子源磁极方向相反也能降低中和器耦合电压。当离子源与中和器磁极方向相反且垂直安装时,中和器耦合电压最低。关 键 词:束流引出;羽流中和;耦合电压中图分类号:文献标志码:文章编号:()伴随微型航天器发展,电推进技术也获得了更多发展机会。电推力器主要包括脉冲式等离子体推力器、场效应发射离子推力器和
3、离子推力器等。离子推力器分为射频放电离子推力器、直流放电离子推力器和电子回旋共振离子推力器。其中电子回旋共振离子推力器()具有结构简单、无阴极烧蚀及比冲高等特点,具有很大发展潜力。在轨应用中,离子源引出离子束流需要短时间内被中和器引出电子束流中和,否则缺少中和的离子束流会使得离子在空间中堆积,导致离子返流,对航天器的安全和寿命产生严重影响。目前对离子推力器羽流中和数值模拟研究工作的主流方法是采取混合模型描述羽流。文献对离子推力器中和过程中的离子电子耦合及电中性等离子体形成过程的物理机制进行了研究。采用二维轴对称全粒子质点网格法对离子束中和过程和近场羽流进行了数值模拟。结果表明,在靠近推力器出口
4、处的离子束会形成较高的正电势,且该正电势会随着时间逐渐增大。推力器出口处的高电势与周围环境之间形成的势阱能够限制电子的逃逸并加速离子,最终使得二者的速度趋于一致,完成离子电子的耦合过程,即离子束的中和过程。文献提出了一种混合粒子网格()流体方法来模拟离子束流和电子束流之间的相互作用。离子和中性粒子用 方法建模,而电子被视为流体。通过将模拟域划分为拟中性区域和非中性区域,处理它们之间平滑过渡的三维混合模型来研究等离子体羽流及羽流中和,并验证了该模型的准确性。文献描述了一个离子推力器栅极的数值混合模型。当离子和中性粒子被设定为宏观粒子时,通过求解电子动量平衡、电子连续性和泊松方程的耦合方程来获得电
5、子性质和电势,对羽流中和有了更深入的认识。文献采用实验方法,研究了微波功率和流量对 离子束流引出和耦合电压的影响,结果表明不同模式下离子和电子束流与功率和流量呈正相关,中和器耦合电压随流量减小而增大。文献建立了二维轴对称 计算模型,通过数值模拟研究不同磁路结构对中和器的电子引第 期雷一鸣,等:联结磁场对羽流中和的影响出,及不同腔体长度对壁面电流损失的影响。计算结果表明,区位置和引出孔附近磁场构型对中和器的电子引出性能至关重要。当 区位于天线上游,电子在迁移扩散中易损失,并且电子跨过引出孔前电势阱所需的能量更高。如果更多磁力线平行通过引出孔,中和器引出相同电子电流所需电压较小。上述研究主要通过数
6、值模拟的方法尽可能描述出实际羽流中和时的物理现象以便于更了解影响离子束流的中和机理。在实验方面主要通过改进推力器构型来优化推力器性能。文献通过改进 离子推力器放电室磁路和天线位置,对放电室结构进行了优化。的离子源和中和器所形成的联结磁场对离子束流引出和中和器耦合电压的影响并未涉及。为此本文对 离子源和中和器在羽流区形成的联结磁场进行模拟仿真,计算离子源与中和器在不同方位以及不同中和器磁极方向下联结磁场的分布规律。实验研究 在外部不同联结磁场下,离子束流引出及中和器耦合电压的变化规律。本文研究为提升 羽流的中和性能提供了参考。束流引出影响因素分析和实验系统 组成和原理 由 离子源和中和器构成,离
7、子源和中和器皆利用 原理加热电子,从而产生高能电子,高能电子不断碰撞工质气体产生高密度等离子体,使得中性气体电离产生并维持等离子体。离子源与中和器的放电室结构相同,都由磁路结构、环形天线以及圆柱腔体组成,其中磁路由内外环形永磁体及背部磁轭构成。工作时,微波能量通过环形天线馈入放电室产生 等离子体。离子源通过双栅极系统引出离子束流形成推力,离子源中双栅结构由屏栅和加速栅组成,屏栅为正电位,加速栅为负电位。中和器通过电子引出板引出电子,在离子束流堆积所形成的高电势的吸引下输运至离子束流区完成中和,。图 的羽流场影响因素和磁场特征 的离子源离子束流和中和器电子束流引出时,由于离子质量比电子质量大,并
8、且在栅极系统的作用下,离子引出几乎不受羽流环境的影响。相比之下,电子质量轻、电子引出板孔径较大使得电子引出束流容易受到下游静磁场和电场的影响。当离子源与中和器在空间安装方位不同时,推力器下游形成的联结磁场分布也不同,从而对引出电子的运动、电流以及中和器耦合电压和下游静电场分布规律产生不同的影响。而且在不同的静电场和静磁场分布条件下,电子漂移运动各异,进一步影响电子行为和中和器耦合电压。因此,为了进一步分析推力器束流引出性能,计算分析离子源和中和器的相对空间方位不同时下游区域静磁场分布规律十分重要。本文采用有限元软件 中 模块的磁场、无电流(,)子模块进行 离子推力器下游静磁场计算,对于静磁场分
9、析做出以下假设:)离子源与中和器放电室的工作环境均为空载条件,即放电室内不存在等离子体,为大气环境;)连续性假设。首先,放电室内部各零部件及媒质为均匀材料且为各向同性,即其物理特性的参数变化能够保持线性连续;其次,物理特性参数在其西 北 工 业 大 学 学 报第 卷所处的物理单元内变化时也能保持线性连续。)忽略导体电阻的温度效应和磁性材料的磁滞效应。基于以上假设,建立静磁场有限元求解模型,进行静磁场求解。可得离子源和中和器内外磁环磁化方向相同(内磁环端面皆 极、外磁环端面皆 极)和相反(中和器内磁环端面 极、外磁环端面 极,离子源内磁环端面 极、外磁环端面 极)且 组件轴线平行与垂直条件下,计
10、算下游的联结磁场分布规律如图 所示。计算参数设置如表 所示。图 离子源与中和器磁极相同联结磁场分布图 离子源与中和器磁极不同联结磁场分布表 静磁场计算参数设置部件材料相对磁导率内外磁环砷钴永磁体磁轭软磁合金 空气和铜壁面硬磁材料从图 可以看出,在离子源与中和器磁极方向一致、离子源与中和器平行时,从离子源和中和器引出的磁力线近似相互平行且磁力线方向分别指向离子源和中和器。当中和器引出电子后,电子要到达离子束流区需要跨越磁力线,电子在低加速电压下很难完成这一动作。离子源与中和器垂直放置时,在离子源与中和器中间形成了弱场区,磁力线分布密度低,电子输运路径缩短。离子源和中和器引出磁力线几乎平行并且排斥
11、。这种情况电子仍需跨越磁力线完成对离子束的中和。在低加速电压下,由静磁场决定电子输运情况,此时相较于平行放置,垂直放置将使得电子更容易沿着磁力线输运到离子源束流区完成对离子束流的中和。离子源和中和器平行放置且中和器磁极方向与离子源磁极方向相反时,磁力线在离子源和中和器之间实现联结,引出磁第 期雷一鸣,等:联结磁场对羽流中和的影响力线大部分都将形成封闭弯曲的磁力线,会导致羽流区磁力线由中和器指向离子源,使得电子在输运过程中,可以直接沿磁力线方向运动至离子束流区。在离子源和中和器垂直放置且中和器磁极与离子源磁极方向相反时,在离子源和中和器下游区域形成封闭连续的磁力线,在电子输运路径缩短的同时电子不
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- cm ECRIT联结磁场对羽流中和的影响 ECRIT 联结 磁场 中和 影响
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。