霍爾推力器絕緣壁面鞘層動(dòng)態(tài)特性及其對近壁傳導(dǎo)的影響.pdf

1、國內(nèi)圖書分類號:V639.2學(xué)校代碼：10213國際圖書分類號:621.455密級：公開工學(xué)博士學(xué)位論文霍爾推力器絕緣壁面鞘層動(dòng)態(tài)特性及其對近壁傳導(dǎo)的影響博士研究生：張鳳奎導(dǎo)師：于達(dá)仁教授副導(dǎo)師：劉金遠(yuǎn)教授申請學(xué)位：工學(xué)博士所在單位：能源科學(xué)與工程學(xué)院學(xué)科、專業(yè)：動(dòng)力機(jī)械及工程答辯日期：2009年6月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)摘要-I-摘要霍爾推力器以其體積小，重量輕，比沖高，壽命長等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于小衛(wèi)星的姿態(tài)控制和軌道保持等方面。自

2、從上個(gè)世紀(jì)七十年代誕生以來，霍爾推力器已經(jīng)取得了很好的工程化應(yīng)用。電子近壁傳導(dǎo)是影響霍爾推力器工作性能的關(guān)鍵物理過程之一；電子的近壁傳導(dǎo)機(jī)制決定了通道的電勢分布特性，離子的加速特性，并最終影響到推力器的效率、壽命、比沖等性能。與電子的近壁傳導(dǎo)行為密切相關(guān)的因素是鞘層。鞘層是推力器通道內(nèi)放電產(chǎn)生的等離子體與絕緣壁面相互作用的自洽產(chǎn)物，鞘層內(nèi)的電場分布影響電子在近壁面的運(yùn)動(dòng)行為，從而影響電子的近壁傳導(dǎo)。近壁傳導(dǎo)、鞘層以及兩者之間的關(guān)系一直是

3、各國學(xué)者關(guān)注和討論的熱點(diǎn)問題。然而，由于霍爾推力器工作物理過程的復(fù)雜性，當(dāng)前關(guān)于電子近壁傳導(dǎo)對電子電流的貢獻(xiàn)作用的評估依然沒有定論。本文發(fā)現(xiàn)這受限于當(dāng)前對鞘層特性以及近壁傳導(dǎo)機(jī)制的認(rèn)識。基于此，本文開展了相關(guān)研究工作。首先，本文建立了計(jì)算鞘層和電子近壁傳導(dǎo)行為的二維粒子模擬（Particel-In-Cell,PIC）模型。由于鞘層的小尺度特性，具有眾多優(yōu)勢的PIC方法成為本文問題的研究工具。其次，通過模擬本文發(fā)現(xiàn)了電子溫度對鞘層的二維動(dòng)

4、態(tài)特性的影響規(guī)律。當(dāng)電子溫度較低時(shí)，二次電子發(fā)射系數(shù)小于1，鞘層具有一維穩(wěn)態(tài)經(jīng)典鞘層的特性。隨著電子溫度的升高，二次電子發(fā)射系數(shù)增大，鞘層開始在時(shí)間上周期性振蕩，振蕩頻率為電子等離子體頻率量級，然而此時(shí)二次電子發(fā)射系數(shù)仍然小于1。當(dāng)電子溫度繼續(xù)升高使得二次電子發(fā)射系數(shù)在1附近時(shí)，鞘層開始在空間上出現(xiàn)振蕩；此時(shí)，鞘層不僅保持著原有的在時(shí)域上的振蕩，而且鞘層電勢在空間上出現(xiàn)起伏，空間周期尺度為電子靜電波波長量級。繼續(xù)提升電子溫度使得二次電子