霍爾推力器內(nèi)不同壁面材料誘導(dǎo)的近壁傳導(dǎo)研究.pdf

1、霍爾推力器是通過電離推進劑，將電能轉(zhuǎn)化為動能的一種電推進裝置，目前應(yīng)用較為廣泛。由于其體積小、質(zhì)量輕、精度高、推力小等特點，非常適合各種空間探測任務(wù)。因此，各國均針對霍爾推力器各個方面開展了大量研究以提高其性能。等離子體與壁面之間的相互作用是目前霍爾推力器通道內(nèi)眾多物理過程的研究重點，主要分為電子與壁面相互作用和離子與壁面相互作用兩過程。這兩個過程影響著通道內(nèi)電勢分布、壁面腐蝕等方面，從而影響霍爾推力器推力、比沖和推力器壽命等性能參數(shù)。

2、其中電子與壁面相互作用時會出現(xiàn)壁面發(fā)射二次電子的現(xiàn)象，從而影響壁面鞘層動態(tài)特性和近壁傳導(dǎo)過程，影響推力器性能。通道內(nèi)壁面材料的二次電子發(fā)射特性是由其二次電子發(fā)射系數(shù)來表征的，本文主要在建立不同壁面材料二次電子發(fā)射模型的基礎(chǔ)上，研究不同壁面材料對鞘層動態(tài)特性和近壁傳導(dǎo)的影響，為優(yōu)化推力器性能提供理論指導(dǎo)。
　　本文在A. I. Morozov二次電子發(fā)射模型基礎(chǔ)上，深入研究了電子與壁面碰撞中的物理過程，結(jié)合二次電子發(fā)射系數(shù)實驗數(shù)據(jù)對

3、A. I. Morozov二次電子發(fā)射模型進行修正，建立了符合霍爾推力器通道內(nèi)不同壁面材料發(fā)射特性的二次電子發(fā)射模型。
　　鞘層作為等離子體主流區(qū)域和壁面之間的過渡區(qū)域，對霍爾推力器性能有著重要影響。而由于鞘層實驗測量比較困難，所以目前關(guān)于鞘層的實驗研究較少。本文通過二維粒子模擬方法（2D+3V）建立鞘層模型，確立相應(yīng)邊界條件，重點研究通道壁面材料采用氮化硼、碳化硅、石墨和三氧化二鋁時對氙氣霍爾推力器壁面鞘層動態(tài)特性的影響。研究表

4、明，二次電子發(fā)射系數(shù)越大的壁面材料，鞘層出現(xiàn)空間振蕩時對應(yīng)的電子溫度越小。當(dāng)鞘層發(fā)生空間振蕩時，鞘層內(nèi)周向電場和軸向電場數(shù)量級相當(dāng)，要遠大于時間振蕩鞘層對應(yīng)的周向電場。
　　電子與通道壁面碰撞時導(dǎo)致電子的穩(wěn)定霍爾飄移運動被破壞，從而產(chǎn)生軸向電流，即為通道內(nèi)近壁傳導(dǎo)電流。這種軸向電流將影響電勢分布，進而影響離子的軸向加速，影響霍爾推力器推力和比沖。本文通過粒子模擬方法（2D+3V）針對上述不同壁面材料對氙氣霍爾推力器近壁傳導(dǎo)的影響展

5、開研究。研究表明，當(dāng)鞘層為時間振蕩鞘層時，近壁傳導(dǎo)電流很小。當(dāng)鞘層出現(xiàn)空間振蕩時近壁傳導(dǎo)電流大幅度增加。
　　目前，霍爾推力器推進劑主要采用氙氣、氪氣等，其中氙氣應(yīng)用最為廣泛，但是氙氣作為推進劑的成本較高，而氪氣推進劑的經(jīng)濟性較好。由于目前關(guān)于氪氣霍爾推力器的研究主要針對效率、比沖和推力等性能參數(shù)，而氪氣霍爾推力器近壁傳導(dǎo)過程研究較少。本文針對氪氣霍爾推力器采用不同壁面材料對壁面鞘層動態(tài)特性和近壁傳導(dǎo)過程的影響展開研究，為霍爾推力