多模式离子推力器栅极系统三维粒子模拟仿真

作     者：陈茂林 夏广庆 毛根旺 

作者机构：西北工业大学固体火箭发动机燃烧热结构与内流场国防科技重点实验室西安710072 大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室大连116024 

出 版 物：《物理学报》 (Acta Physica Sinica)

年 卷 期：2014年第63卷第18期

页      面：185-193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] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0704[理学-天文学] 

基　　金：国家自然科学基金(批准号:51276147 11105023 11275034) 中央高校基本科研业务费专项资金(批准号:3102014KYJD005) 西北工业大学基础研究基金(批准号:NPU-FFR-JC20120201) 工业装备结构分析国家重点实验室开放基金(批准号:GZ1101)资助的课题~~ 

主　　题：粒子模拟 离子推力器 栅极系统 等离子体模拟 

摘      要：栅极系统是离子推力器推力产生的主要部件,推力器的性能和寿命都与栅极系统密切相关.对于具有多种工作模态的离子推力器,基于电流电压入口的仿真可以有效评估推力器的工作状况.采用三维粒子模拟方法对两栅极系统等离子体输运过程进行了仿真,获得了不同模式下的推力器性能参数,对比NSTAR的在轨测试参数,验证了模型的正确性;分析了工作模式变化对栅极区域电场分布和束流状态的影响以及离子推力器多模式设计需求.分析结果表明:远离栅极系统的外凸型屏栅鞘层和内凹型零等势面、低鞍点电势值和平缓的下游电势分布,有利于提高栅极系统离子通过率,抑制电子返流,减小Pits-and-Grooves腐蚀,是离子推力器工作模式的设计方向;提高束流电压会导致发散角损失增大,但可扩展栅极工作电流范围,在束流强度较大的模式下,使束流具有较好的聚焦状态,有利于减小Barrel腐蚀.研究结果为多模式离子推力器工作模式设计提供了参考.