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，應用最廣泛、技術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、軌道轉移、動力補償?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遠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計來控制電子的行為。在本文中研究ATON型霍爾推力器，基于電磁學理論

2、，建立二維數(shù)學模型，分別用四種迭代方法對霍爾推力器背景磁場進行了計算，得到霍爾推力器中等離子體背景磁場的相應數(shù)值解。通過對數(shù)值結果的分析與比較，對這四種迭代方法的計算效率進行研究得出最優(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雜。當電子與推力器的陶瓷絕緣壁面反復作用時會對壁面造成嚴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)值結果進行物理分析表明:當磁場從陽極向出口增加到最大時，電子密度逐漸減少，且達到最小值;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