30cm离子推力器栅极组件寿命预估及试验验证

作     者：孙明明 耿海 杨俊泰 岳士超 SUN Mingming;GENG Hai;YANG Juntai;YUE Shichao

作者机构：兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室甘肃兰州730000 

出 版 物：《国防科技大学学报》 (Journal of National University of Defense Technology)

年 卷 期：2023年第45卷第6期

页      面：232-240页

核心收录：

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0714[理学-统计学（可授理学、经济学学位）] 0701[理学-数学] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(61901202 11702123)。 

主　　题：离子推力器 栅极组件 寿命预估 试验验证 

摘      要：为了预估30 cm离子推力器现有三栅极组件的整体寿命,采用有限元分析和PIC-MCC方法分别对栅极组件的热态平衡间距以及栅极不同区域的刻蚀速率进行了模拟和计算。结果显示,推力器达到热平衡状态时,减速栅整体变形呈现中心局部凹陷特征,加速栅整体变形呈均匀突起;在直径0~70 mm内的中心区域,两栅间距平均缩小0.057 mm;在直径70~140 mm内的环形区域,两栅间距平均增大0.129 mm;减速栅边缘区域小孔在1 500 h内的刻蚀速率达到6.25×10^(-14) kg/s,而5 700 h的栅孔刻蚀速率相比1 500 h的降幅达到了15.4%;5 700 h的加速栅中心和边缘以及减速栅中心区域小孔的刻蚀速率相比1 500 h的降幅分别达到了8.0%、4.1%和3.6%。5 700 h的寿命试验结果显示,减速栅中心孔、加速栅中心和边缘孔的刻蚀基本呈线性,仿真与试验结果的比对误差均在10%以内。