微波离子推力器中磁场发散区电子加热模式研究

作     者：付瑜亮 张思远 杨谨远 孙安邦 王亚楠 Fu Yu-Liang;Zhang Si-Yuan;Yang Jin-Yuan;Sun An-Bang;Wang Ya-Nan

作者机构：西安交通大学电工材料电气绝缘全国重点实验室西安710049 

出 版 物：《物理学报》 (Acta Physica Sinica)

年 卷 期：2024年第73卷第9期

页      面：199-203页

核心收录：

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 082502[工学-航空宇航推进理论与工程] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0804[工学-仪器科学与技术] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0702[理学-物理学] 

基　　金：国家自然科学基金(批准号:52307183) 中央高校基本科研业务费(批准号:xtr052023003) 电工材料电气绝缘全国重点实验室基金(批准号:EIPE23114)资助的课题 

主　　题：电子回旋共振 离子推力器 电子约束 电子加热 

摘      要：在微波离子推力器的磁场结构设计中,一般认为增大磁镜区的面积能够约束更多电子,有利于提高能量利用率;减小发散区面积能够减少电子在壁面的损失,有利于降低放电损耗.随着一体化仿真研究深入,发现利用Child-Langmuir鞘层的特性可约束电子,使其在鞘层与磁镜间往复运动获能.对此,本文设计了适用于1 cm磁阵列微波离子推力器的磁场结构,并对其初始放电和束流引出过程进行了一体化仿真,对比阐明了电子在磁场发散区受Child-Langmuir鞘层、天线表面鞘层和磁镜共同约束下的获能模式.该获能模式可提升磁场发散区的电子温度,促进电离,提升栅极前等离子体密度,进而提升束流密度.仿真结果表明,在氙气流量0.3 sccm(1 sccm=1 mL/min),微波功率为1 W,栅极电压φ_(sc)/φ_(ac)=300 V/–50 V条件下,磁阵列微波离子推力器的电流密度较2 cm微波离子推力器提升57.9%.本文从理论上对磁场发散区电子加热模式进行了验证,研究结果将为微波离子推力器优化设计提供理论依据,促进微波离子推力器性能提升.