霍爾推力器羽流區(qū)和通道內(nèi)的光譜診斷.pdf

1、霍爾推力器在航天方面有著廣闊的應(yīng)用前景，可用于衛(wèi)星的精確定位、軌道保持、姿態(tài)控制等方面。霍爾推力器具有體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，推力小，比沖大的特點(diǎn)，這類發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命長，能夠提高衛(wèi)星的有效載荷，節(jié)約發(fā)射成本，能完成遠(yuǎn)距離的探測任務(wù)。光譜診斷是實(shí)驗(yàn)研究霍爾推力器的重要手段，這種非接觸式的診斷方法與其他常用的方法相比有著很多獨(dú)特的優(yōu)勢，利用它可以方便的進(jìn)行一些等離子參數(shù)測量和發(fā)動(dòng)機(jī)工作特性分析。
　　本文在前人研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步深入研究了霍

2、爾推力器光譜診斷的基本理論模型，利用模型對霍爾推力器羽流區(qū)和通道內(nèi)的光譜進(jìn)行診斷。
　　在基本理論方面，本文結(jié)合霍爾推力器光譜輻射的基本特點(diǎn)，介紹了基于速率方程的超組態(tài)躍遷理論，建立了霍爾推力器光譜輻射的超組態(tài)輻射模型，大大簡化了光譜輻射計(jì)算量。結(jié)合碰撞輻射模型，給出了含有電子能量分布函數(shù)的第一類弗雷德霍姆茲方程，介紹了離散正則化算法求解電子能量分布函數(shù)的步驟。根據(jù)激發(fā)和輻射原理對霍爾推力器羽流區(qū)和通道內(nèi)的輻射分別建立了碰撞輻射模

3、型和日冕模型，利用相對光譜輻射強(qiáng)度計(jì)算電子溫度等參數(shù)。利用等離子體體發(fā)射源強(qiáng)度的概念建立了計(jì)算絕對光譜輻射強(qiáng)度的公式，將實(shí)際測量結(jié)果與計(jì)算值聯(lián)系起來。
　　建立了羽流區(qū)光譜測量系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)測量了羽流區(qū)光譜輻射強(qiáng)度沿軸向變化，并利用譜線相對強(qiáng)度計(jì)算不同放電電壓下羽流區(qū)平均電子溫度沿軸向的分布。建立了羽流區(qū)光譜輻射徑向分布的計(jì)算模型，利用該模型研究了羽流區(qū)光譜輻射徑向分布沿軸向變化，發(fā)現(xiàn)沿軸向距離的增大，徑向分布由雙峰結(jié)構(gòu)逐漸演化

4、為單峰結(jié)構(gòu)，即輻射強(qiáng)度最大區(qū)域由環(huán)形帶退化成一個(gè)點(diǎn)。本文提出了羽流光譜輻射發(fā)散度（ξ）概念。磁場位形發(fā)散時(shí)，羽流欠聚焦，ξ增大。反之ξ則減小。利用ξ描述光譜輻射能量的發(fā)散程度，進(jìn)而研究磁場位形變化。
　　霍爾推力器通道內(nèi)參數(shù)測量具體十分重要的意義。首先介紹了通道內(nèi)光譜測量系統(tǒng)，對發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了調(diào)整。利用在發(fā)動(dòng)機(jī)外陶瓷管上開孔的方法將等離子體光譜輻射能引出。研究表明，原子譜線強(qiáng)度沿軸向逐漸增大。且隨放電電壓的增大，原子譜線強(qiáng)度最大