離子發(fā)動(dòng)機(jī)光學(xué)系統(tǒng)的粒子模擬.pdf

1、近年來,具有高比沖特性的離子發(fā)動(dòng)機(jī)已廣泛應(yīng)用于各種航天任務(wù)如:同步軌道衛(wèi)星的位置保持、阻力補(bǔ)償、深空探測(cè)的主推進(jìn)等。離子光學(xué)系統(tǒng)是離子發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件,直接影響離子發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。通過建立數(shù)值模型對(duì)離子光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行研究,在低成本的前提下,可預(yù)測(cè)推力器的性能,為推力器結(jié)構(gòu)改進(jìn)和新一代離子發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)提供參考。
　　本文建立了離子光學(xué)系統(tǒng)的三維數(shù)值模型,采用PIC方法模擬離子在離子發(fā)動(dòng)機(jī)光學(xué)系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)。柵極系統(tǒng)中的推進(jìn)劑用模擬粒子代替。

2、在計(jì)算域中,離子的初始位置在左邊界,速度根據(jù)波姆判據(jù)確定。采用IFE方法求解泊松方程得到計(jì)算空間的電勢(shì)分布,用插值法求出離子的電場(chǎng)力;粒子的運(yùn)動(dòng)方程滿足牛頓第二定律。計(jì)算得到計(jì)算空間的電勢(shì)分布、離子束密度分布、離子束流、柵極電流等。通過向PIC程序中加入蒙特卡洛碰撞模塊模擬離子的電荷交換過程,計(jì)算得到交換電荷離子產(chǎn)生的柵極電流,并統(tǒng)計(jì)出撞擊到加速柵極上的信息包括離子數(shù)量、位置、速度。基于三維數(shù)值模型建立了加速柵極下游表面和孔壁腐蝕模型。