霍爾推力器絕緣壁面鞘層動態(tài)特性及其對近壁傳導的影響.pdf

1、國內圖書分類號:V639.2學校代碼：10213國際圖書分類號:621.455密級：公開工學博士學位論文霍爾推力器絕緣壁面鞘層動態(tài)特性及其對近壁傳導的影響博士研究生：張鳳奎導師：于達仁教授副導師：劉金遠教授申請學位：工學博士所在單位：能源科學與工程學院學科、專業(yè)：動力機械及工程答辯日期：2009年6月授予學位單位：哈爾濱工業(yè)大學摘要-I-摘要霍爾推力器以其體積小，重量輕，比沖高，壽命長等優(yōu)點廣泛應用于小衛(wèi)星的姿態(tài)控制和軌道保持等方面。自

2、從上個世紀七十年代誕生以來，霍爾推力器已經取得了很好的工程化應用。電子近壁傳導是影響霍爾推力器工作性能的關鍵物理過程之一；電子的近壁傳導機制決定了通道的電勢分布特性，離子的加速特性，并最終影響到推力器的效率、壽命、比沖等性能。與電子的近壁傳導行為密切相關的因素是鞘層。鞘層是推力器通道內放電產生的等離子體與絕緣壁面相互作用的自洽產物，鞘層內的電場分布影響電子在近壁面的運動行為，從而影響電子的近壁傳導。近壁傳導、鞘層以及兩者之間的關系一直是

3、各國學者關注和討論的熱點問題。然而，由于霍爾推力器工作物理過程的復雜性，當前關于電子近壁傳導對電子電流的貢獻作用的評估依然沒有定論。本文發(fā)現(xiàn)這受限于當前對鞘層特性以及近壁傳導機制的認識?；诖?，本文開展了相關研究工作。首先，本文建立了計算鞘層和電子近壁傳導行為的二維粒子模擬（Particel-In-Cell,PIC）模型。由于鞘層的小尺度特性，具有眾多優(yōu)勢的PIC方法成為本文問題的研究工具。其次，通過模擬本文發(fā)現(xiàn)了電子溫度對鞘層的二維動

4、態(tài)特性的影響規(guī)律。當電子溫度較低時，二次電子發(fā)射系數(shù)小于1，鞘層具有一維穩(wěn)態(tài)經典鞘層的特性。隨著電子溫度的升高，二次電子發(fā)射系數(shù)增大，鞘層開始在時間上周期性振蕩，振蕩頻率為電子等離子體頻率量級，然而此時二次電子發(fā)射系數(shù)仍然小于1。當電子溫度繼續(xù)升高使得二次電子發(fā)射系數(shù)在1附近時，鞘層開始在空間上出現(xiàn)振蕩；此時，鞘層不僅保持著原有的在時域上的振蕩，而且鞘層電勢在空間上出現(xiàn)起伏，空間周期尺度為電子靜電波波長量級。繼續(xù)提升電子溫度使得二次電子