低功率霍爾推力器陽極供氣環(huán)工程設(shè)計關(guān)鍵參數(shù)仿真

龍建飛,羅 威,程謀森,楊 威,孫明明

(1. 南華大學(xué) 核科學(xué)技術(shù)學(xué)院, 湖南 衡陽 421001; 2. 國防科技大學(xué) 空天科學(xué)學(xué)院, 湖南 長沙 410073;3. 蘭州空間技術(shù)物理研究所 真空技術(shù)與物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 甘肅 蘭州 730000)

隨著我國微小衛(wèi)星快速發(fā)展以及商業(yè)航天興起[1-2],低功率霍爾推力器以其結(jié)構(gòu)簡單、效率高、工作壽命長等優(yōu)勢而備受期待[3],同時各空間任務(wù)也對低功率霍爾推力器性能不斷提出更高要求。霍爾推力器優(yōu)化研究中發(fā)現(xiàn),放電通道內(nèi)工質(zhì)氣體分布均勻性是影響其性能的重要因素。當(dāng)通道內(nèi)氣體分布存在周向不均勻時,等離子體密度存在周向角梯度并產(chǎn)生周向電場,同時與磁場耦合時,會導(dǎo)致過多的電子漂移到通道壁面,從而增加推力器熱負(fù)荷并降低其效率[4-5];另外通道內(nèi)氣體分布周向不均勻也會導(dǎo)致放電電流增加,并使得放電電流振蕩嚴(yán)重,減小推力器的效率和比沖[6-7]。低功率霍爾推力器由于幾何尺寸相對小,其性能對通道內(nèi)氣體分布均勻性更加敏感。因此,改善通道內(nèi)氣體分布均勻性對低功率霍爾推力器性能優(yōu)化具有重要意義。

霍爾推力器主要通過陽極供氣環(huán)向放電通道內(nèi)注入工質(zhì)氣體,其中陽極供氣環(huán)結(jié)構(gòu)參數(shù)將直接影響通道內(nèi)氣體分布均勻性。2003年法國Vail等[6]對陽極供氣環(huán)出氣小孔的徑向位置進(jìn)行了研究,對比分析了三種不同徑向位置對放電通道內(nèi)氣體均勻性的影響,測試結(jié)果表明,當(dāng)出氣小孔位于陽極供氣環(huán)的中徑時,通道內(nèi)氣體均勻性最好。……