基于七孔模型的離子發(fā)動機加速柵腐蝕研究.pdf

1、21世紀以來，離子發(fā)動機已被大量應用于各類航天任務推進系統(tǒng)，與傳統(tǒng)化學推進器相比，離子發(fā)動機最顯著的特點就是其工作時間長，因此，對離子發(fā)動機性能進行評價的一個關(guān)鍵因素就是其工作壽命。柵極系統(tǒng)作為離子發(fā)動機的重要部件，其結(jié)構(gòu)失效是限制離子發(fā)動機工作壽命的主要原因，柵極系統(tǒng)失效是由CEX離子對加速柵極表面碰撞產(chǎn)生的濺射腐蝕引起的。在地面壽命試驗中，真空倉背景壓強將對離子發(fā)動機在模擬太空環(huán)境中運行產(chǎn)生影響，只有充分探究背景壓強對離子發(fā)動機地面

2、試驗影響的物理機制，才能利用地面試驗對離子發(fā)動機在太空的工作壽命作出準確的預測和評價。
　　本文利用數(shù)值模擬方法來探究離子發(fā)動機工作過程，建立了基于七孔模型的離子發(fā)動機三維數(shù)值模擬程序，利用IFE-PIC方法模擬離子束引出過程，利用DSMC方法模擬中性原子的分布，利用MCC方法模擬造成柵極腐蝕的CEX離子的分布。不同背景壓強下加速柵極碰撞電流模擬結(jié)果表明，在地面壽命試驗中，殘余的中性原子會影響CEX離子的產(chǎn)生過程，進而改變加速柵極

3、碰撞電流，當背景壓強增大到一定數(shù)量級時加速柵極碰撞電流將會顯著提高。本文最后建立了加速柵極表面腐蝕數(shù)值模型，并根據(jù)該模型計算了腐蝕深度，結(jié)果表明加速柵極腐蝕深度隨著背景壓強的增大而增加，加速柵極中心孔壁的腐蝕深度分布比較均勻，而邊緣孔壁腐蝕深度在靠近中心孔的區(qū)域更大。
　　通過數(shù)值模擬可知：地面壽命試驗中真空倉背景壓強對于加速柵極碰撞電流及加速柵極腐蝕均有重大影響，為了減少其對離子發(fā)動機壽命預測的誤差，應將背景壓強限制在一定數(shù)量級