霍爾推進(jìn)器通道器壁腐蝕的數(shù)值模擬.pdf

1、霍爾推進(jìn)器是電推進(jìn)器的一種，因具有高效率、高比沖、長(zhǎng)壽命和易操作等特點(diǎn)，在深空探測(cè)和微小衛(wèi)星姿態(tài)控制等領(lǐng)域獲得了成功應(yīng)用，已成為航天領(lǐng)域的重要研究方向。隨著航天器向執(zhí)行任務(wù)更加復(fù)雜化，執(zhí)行任務(wù)周期不斷增加的趨勢(shì)發(fā)展，也對(duì)霍爾推進(jìn)器的工作壽命提出了更高的要求。提高霍爾推進(jìn)器的工作壽命與工作穩(wěn)定性成為電推進(jìn)技術(shù)發(fā)展中的關(guān)鍵問(wèn)題。
　　在限制霍爾推進(jìn)器的壽命因素中，放電通道器壁的濺射腐蝕是最主要因素?；魻柾七M(jìn)器的基本特征是具有環(huán)形的放電

2、通道，電子在通道內(nèi)電磁場(chǎng)的作用下形成霍爾漂移，通道內(nèi)電離產(chǎn)生的離子在電場(chǎng)的加速下高速噴出從而形成反沖力來(lái)推進(jìn)航天器。在放電通道內(nèi)，由于電場(chǎng)與磁場(chǎng)等各種因素的影響，導(dǎo)致通道內(nèi)部分高速離子束聚焦不好而發(fā)散，濺射到通道器壁表面，對(duì)通道的器壁形成濺射腐蝕，腐蝕的累積會(huì)嚴(yán)重影響推進(jìn)器的正常工作。隨著放電通道器壁的腐蝕，推進(jìn)器的磁極會(huì)暴露在高能離子流的侵蝕之下，導(dǎo)致通道內(nèi)的磁場(chǎng)位形被破壞，推進(jìn)器性能下降，無(wú)法正常工作?；魻柾七M(jìn)器放電通道器壁被腐蝕成

3、為制約推進(jìn)器壽命和影響運(yùn)行穩(wěn)定性的最重要問(wèn)題，因此研究霍爾推進(jìn)器放電通道腐蝕機(jī)理具有重要意義。
　　本文建立了基于PIC-MCC(質(zhì)點(diǎn)網(wǎng)格法-蒙特卡洛碰撞法)算法的二維軸對(duì)稱模型來(lái)對(duì)霍爾推進(jìn)器通道壁面腐蝕過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬，該程序模型包括三部分：計(jì)算模型的建立及參數(shù)設(shè)置，等離子體模擬程序以及腐蝕計(jì)算程序。本課題采用Fully-Kinetic PIC-MCC方法對(duì)通道內(nèi)等離子體的運(yùn)動(dòng)行為進(jìn)行模擬，得到等離子體的分布規(guī)律。壁面腐蝕速率根

4、據(jù)壁面材料的濺射產(chǎn)額公式計(jì)算得出。
　　本文對(duì) SPT-100型霍爾推進(jìn)器的器壁腐蝕演化進(jìn)行了模擬，并將模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，驗(yàn)證了模擬的準(zhǔn)確性。在此基礎(chǔ)上，還研究了推進(jìn)器運(yùn)行參數(shù)對(duì)推進(jìn)器壁面腐蝕的影響。本課題的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容是針對(duì)新一代ATON型P70霍爾推進(jìn)器的緩沖區(qū)預(yù)電離作用進(jìn)行研究，得到了不同預(yù)電離率的作用下器壁腐蝕演化的規(guī)律。研究結(jié)果表明，隨著預(yù)電離率的增大，推進(jìn)器器壁腐蝕會(huì)在一定程度上加劇，因此，在進(jìn)行新一代推進(jìn)器的研