霍爾推進器通道器壁腐蝕的數(shù)值模擬.pdf

1、霍爾推進器是電推進器的一種，因具有高效率、高比沖、長壽命和易操作等特點，在深空探測和微小衛(wèi)星姿態(tài)控制等領域獲得了成功應用，已成為航天領域的重要研究方向。隨著航天器向執(zhí)行任務更加復雜化，執(zhí)行任務周期不斷增加的趨勢發(fā)展，也對霍爾推進器的工作壽命提出了更高的要求。提高霍爾推進器的工作壽命與工作穩(wěn)定性成為電推進技術發(fā)展中的關鍵問題。
　　在限制霍爾推進器的壽命因素中，放電通道器壁的濺射腐蝕是最主要因素。霍爾推進器的基本特征是具有環(huán)形的放電

2、通道，電子在通道內(nèi)電磁場的作用下形成霍爾漂移，通道內(nèi)電離產(chǎn)生的離子在電場的加速下高速噴出從而形成反沖力來推進航天器。在放電通道內(nèi)，由于電場與磁場等各種因素的影響，導致通道內(nèi)部分高速離子束聚焦不好而發(fā)散，濺射到通道器壁表面，對通道的器壁形成濺射腐蝕，腐蝕的累積會嚴重影響推進器的正常工作。隨著放電通道器壁的腐蝕，推進器的磁極會暴露在高能離子流的侵蝕之下，導致通道內(nèi)的磁場位形被破壞，推進器性能下降，無法正常工作?；魻柾七M器放電通道器壁被腐蝕成

3、為制約推進器壽命和影響運行穩(wěn)定性的最重要問題，因此研究霍爾推進器放電通道腐蝕機理具有重要意義。
　　本文建立了基于PIC-MCC(質點網(wǎng)格法-蒙特卡洛碰撞法)算法的二維軸對稱模型來對霍爾推進器通道壁面腐蝕過程進行數(shù)值模擬，該程序模型包括三部分：計算模型的建立及參數(shù)設置，等離子體模擬程序以及腐蝕計算程序。本課題采用Fully-Kinetic PIC-MCC方法對通道內(nèi)等離子體的運動行為進行模擬，得到等離子體的分布規(guī)律。壁面腐蝕速率根

4、據(jù)壁面材料的濺射產(chǎn)額公式計算得出。
　　本文對 SPT-100型霍爾推進器的器壁腐蝕演化進行了模擬，并將模擬結果與實驗結果對比，驗證了模擬的準確性。在此基礎上，還研究了推進器運行參數(shù)對推進器壁面腐蝕的影響。本課題的重點研究內(nèi)容是針對新一代ATON型P70霍爾推進器的緩沖區(qū)預電離作用進行研究，得到了不同預電離率的作用下器壁腐蝕演化的規(guī)律。研究結果表明，隨著預電離率的增大，推進器器壁腐蝕會在一定程度上加劇，因此，在進行新一代推進器的研