低频振荡对束聚焦型霍尔推力器性能的影响-动力机械及工程专业论文.docxVIP

Classified Index：V439+.2 U.D.C.: 621.455 Dissertation for the Master Degree in Engineering INFLUENCE OF LOW FREQUENCY OSCILLATION ON THE PERFORMANCE OF PLASMA BEAM FOCALIZATION HALL EFFECT THRUSTER Candidate: Weiwei Liu Supervisor: Prof. Daren Yu Academic Degree Applied for: Master of Engineering Specialty: Power Machinery and Engineering Affiliation: School of Energy Science and Engineering Date of Defence: June, 2011 Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology 摘 要 摘 要 I I 摘 要 霍尔推力器以其特有的高比冲、高效率的优势被广泛应用于卫星推进及深 空探测等任务。低频振荡是霍尔推力器工作过程中不可避免的现象，与推力器 内部的电离和加速过程有着密切的关系，并对推力器性能有着严重的影响。目 前对低频振荡的研究已经有一段的历史，在研究过程中主要的低频振荡调节手 段是变化通道内的磁场强度，就目前国内外的研究成果来看，还没有比较全面 的关于低频振荡与推力器性能之间关系的总结。 由于磁场强度作为霍尔推力器放电参数之一，它的变化必然会对推力器的 性能造成影响，所以，在通过变化磁场获得不同低频振荡情况来研究推力器性 能变化的过程中，无法确定推力器的变化是由于磁场引起的还是由于低频振荡 导致的。本文针对这一实际情况给出了不改变放电参数前提下改变霍尔推力器 内低频振荡的方法——调节外回路参数（电阻、电感和电容）。除此之外，本 文还从外回路控制低频振荡的角度出发，以现有的实验测量和数值模拟手段对 低频振荡影响推力器性能的机制进行了较为深入的研究。 首先，从推力器供电回路和低频振荡描述出发，通过一系列的正交实验， 给出了外回路参数对低频振荡特征参数（振荡幅值、相角差、振荡频率）的影 响规律，并从霍尔推力器通道内电离和加速角度给出了电流振荡和电压振荡的 内部物理过程。 其次，通过实验和数值模拟深入研究了电流振荡影响霍尔推力器放电电流 的原因以及电压振荡对推力影响机制两个问题。在研究电流振荡与放电电流关 系的过程中，从放电电流的组成入手，经分析给出了电流振荡增加时放电电流 增大、电流利用率降低的原因。在对推力与电压振荡关系中，从推力的基本表 达式入手，通过实验总结给出了电压振荡变化时推力的主导影响因素，并结合 数值计算给出了推力受电压振荡变化的影响机制。 最后，从实验角度出发，以霍尔推力器效率体系为依托，给出了外回路参 数电阻、电感、电容与推力器各个利用率特性之间的关系，指出外回路参数的 匹配可实现推力器性能的优化。 关键词：霍尔推力器；低频振荡；外回路；性能 Abstract Abstract II II Abstract Hall thruster (HET) has been widely used as the satellites propulsion and in the deep space exploration missions since its advantages such as the high specific impulse and high efficiency. The low frequency oscillation is an inevitable phenomenon in the working hall thruster, it is closely associated with the ionization and acceleration processes, and has a serious impact on the performance of the hall thruster. During the study on the low frequency oscillation of hall thrusters, the means for regulating it is changing the magnetic field strength. At present, there has no comprehensive summary about the relation betw