霍爾推力器中背景磁場對電子行為影響的數(shù)值研究.pdf

1、在目前的航天電推力器中，應(yīng)用最廣泛、技術(shù)最成熟的電推力器之一是霍爾推力器，它可作為空間航天器的姿態(tài)控制、軌道修正、軌道轉(zhuǎn)移、動力補(bǔ)償?shù)瓤刂蒲b置，也可作為空間探測和星際航行的主推力器。
　　由于離子的拉莫爾半徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于推力器的特征長度，因此霍爾推力器內(nèi)的磁場主要對電子產(chǎn)生作用，而對離子的作用不明顯。電子是霍爾推力器中的直接可控因素，可以通過對霍爾推力器中磁場位形的設(shè)計(jì)來控制電子的行為。在本文中研究ATON型霍爾推力器，基于電磁學(xué)理論

2、，建立二維數(shù)學(xué)模型，分別用四種迭代方法對霍爾推力器背景磁場進(jìn)行了計(jì)算，得到霍爾推力器中等離子體背景磁場的相應(yīng)數(shù)值解。通過對數(shù)值結(jié)果的分析與比較，對這四種迭代方法的計(jì)算效率進(jìn)行研究得出最優(yōu)的方法—逐行逐列Gauss-Seidel迭代法。
　　在推力器的一些區(qū)域中，等離子體和推力器壁面發(fā)生相互作用也是電子和壁面的作用最為復(fù)雜。當(dāng)電子與推力器的陶瓷絕緣壁面反復(fù)作用時會對壁面造成嚴(yán)重腐蝕以及影響工作氣體的電離效率，這樣會對推力器的工作效率

3、及其使用壽命有很大影響。文中用計(jì)算所獲得的磁場作為霍爾推力器中等離子體的背景磁場，基于等離子體流體理論，建立二維流體模型，在電子時間尺度下數(shù)值計(jì)算了霍爾推力器中噴口陶瓷壁附近電子密度、電子速度、電子溫度隨時間的演化。由于在電子時間尺度下離子對場的響應(yīng)不敏感，則在研究電子行為時考慮離子是靜態(tài)的。通過對數(shù)值結(jié)果進(jìn)行物理分析表明:當(dāng)磁場從陽極向出口增加到最大時，電子密度逐漸減少，且達(dá)到最小值;電子密度的非均勻性分布隨著磁場梯度的增加在內(nèi)壁附近