稳态等离子发动机器壁腐蚀的光谱诊断

作     者：于善猛 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：于达仁

授予年度：2008年

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 082502[工学-航空宇航推进理论与工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

主      题：稳态等离子发动机 器壁腐蚀 光谱诊断 

摘      要：稳态等离子发动机(Stationary Plasma Thruster简称SPT)是Hall发动机的一种,在航天方面有着广阔的应用前景,可用于卫星的精确定位、轨道保持、姿态控制等方面。SPT具有体积小,结构紧凑,推力小,比冲大的特点,这类发动机的寿命长,能够提高卫星的有效载荷,节约发射成本,能完成远距离的探测任务。具有环形的放电通道是Hall推进器的基本特征,电子在环形通道内形成闭环漂移,离子在通道内轴向电场的作用下加速以产生推力。由于通道内离子束的发散导致部分离子轰击到通道表面,造成了环形通道器壁的溅射腐蚀。在限制推进器寿命的因素中,通道器壁溅射腐蚀最为严重,因此对通道器壁腐蚀的研究具有重要意义。 本文基于发射光谱法,用Avaspace 8通道光栅光谱仪对SPT通道器壁腐蚀进行分析。主要内容包括: 光谱诊断实验系统的构建。对光学实验系统的构建进行了详细论述,主要包括光学系统的测量原理及方案、光学组件的特点及性能、光学系统的标定过程,综合整个光路和光学传感器件对光信号的影响,对系统误差进行了分析。 不同磁聚焦情况下内外器壁的腐蚀速率的光谱诊断。磁聚焦对通道腐蚀具有重要影响。本文通过测量聚焦和发散2种状态下的陶瓷器壁特征元素谱线的强度随着时间的变化,结合理论分析和实验数据得出不同磁聚焦下发动机器壁腐蚀速率变化的规律。 放电电压和阳极质量流量对通道器壁腐蚀的影响。针对不同放电电压和阳极质量流量下的通道器壁的腐蚀进行了研究,分析了放电电压和质量流量这两个运行参数对发动机寿命的影响的规律,并从机理上进行了分析。