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空间用空心阴极研究进展

推进技术 2012年第1期33卷 155-160页

作者：郭宁唐福俊李文峰兰州物理研究所真空低温技术与物理重点实验室甘肃兰州730000

空心阴极是离子推力器、霍尔推力器、等离子接触器、空心阴极微推力器的核心组件。介绍了国外针对上述空间应用所进行的空心阴极研究进展,分析了国外空间用空心阴极技术的发展趋势,对我国空间用空心阴极技术发展思路提出建议。

关键词：电推进空心阴极空间技术

30cm离子推力器空心阴极发射体区等离子体特性研究

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推进技术 2017年第12期38卷 2872-2880页

作者：孙明明张天平龙建飞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

为了获得30cm口径离子推力器20A额定发射电流空心阴极的稳态工作性能参数并验证现有发射体结构设计的合理性,采用数值模拟及有限元分析方法研究了空心阴极发射体区的等离子体特性参数。结果显示:空心阴极发射体区的压强基本在115~150Pa... 详细信息

为了获得30cm口径离子推力器20A额定发射电流空心阴极的稳态工作性能参数并验证现有发射体结构设计的合理性,采用数值模拟及有限元分析方法研究了空心阴极发射体区的等离子体特性参数。结果显示:空心阴极发射体区的压强基本在115~150Pa内,并且中间区域的Xe气压强较高;当阴极发射体温度为1570℃时,根据一维热传导方程得到发射体热损为10.26W;发射电流为15A时,电子温度在1.5~1.7e V内,且沿轴线方向靠近阴极顶小孔的电子温度较高,而将15A发射电流作为空心阴极的工作点是较为合适的选择;数值计算得到发射体区平均电子电流密度约为1.3×105A/m2,发射体内表面面积预估为1.5cm^2,内径建议在?2~2.5mm内,采用该尺寸发射体的空心阴极通过电流发射能力试验证明其最大发射电流在19~20A内,现有发射体尺寸设计满足20A发射电流需求;发射体区中间区域离子电流密度峰值约为8.5×10~5A/m^2,应重点关注发射体中间区域的厚度设计以及离子溅射腐蚀速率。

关键词：离子推力器空心阴极发射体区等离子体特性

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空心阴极羽流形态与热特性的变化机理

中国空间科学技术 2022年第5期42卷 65-77页

作者：于博徐亚男康小录上海空间推进研究所上海201112

空心阴极的放电模式主要有点状和羽状两种,为研究两种模式的转变机理,采用PIC/PCD(单元粒子/等离子体化学动力学)混合算法对阴极内部等离子体流场进行计算,以辐射传递系数处理阴极内部的热辐射计算,并且在通过流场与热场的多次迭代计算... 详细信息

空心阴极的放电模式主要有点状和羽状两种,为研究两种模式的转变机理,采用PIC/PCD(单元粒子/等离子体化学动力学)混合算法对阴极内部等离子体流场进行计算,以辐射传递系数处理阴极内部的热辐射计算,并且在通过流场与热场的多次迭代计算后达到收敛。为验证数值模型的计算精度,考察阴极表面5个测点的计算结果与试验数据对比,计算误差在5%以下,并且以羽流光色计算图与试验照片作对比,定性验证模型对放电模式的模拟精度。在此基础上,对不同气体流量下、不同阴极顶孔径的阴极内部各类等离子体参数分布进行计算,通过分析阳极电压、羽流形态变化的内在原因,获得点-羽放电模式的转变机理,可为阴极优化提供理论支撑。

关键词：空心阴极放电模式 PIC/PCD 羽流形态优化设计

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空心阴极与霍尔推力器放电振荡关系实验研究

固体火箭技术 2022年第3期45卷 484-490页

作者：谢侃衣晓龙梁福文田丰苗龙王宁飞北京理工大学宇航学院北京100081

针对小功率霍尔推力器,研究了不同磁场、阳极电流和阳极流量条件下空心阴极放电振荡与霍尔推力器阳极放电振荡之间的关系。采用快速傅里叶变换对空心阴极、阳极放电特性及特征频率进行了分析,对单独空心阴极放电振荡实验及空心阴极-霍... 详细信息

针对小功率霍尔推力器,研究了不同磁场、阳极电流和阳极流量条件下空心阴极放电振荡与霍尔推力器阳极放电振荡之间的关系。采用快速傅里叶变换对空心阴极、阳极放电特性及特征频率进行了分析,对单独空心阴极放电振荡实验及空心阴极-霍尔推力器阳极耦合放电实验进行了对比。实验结果表明,在小阳极电流工况下,空心阴极的放电振荡可使霍尔推力器阳极发生放电振荡,两者具有相同的放电振荡频谱;当阳极电流、阳极电势增大到一定临界值时,空心阴极和霍尔推力器阳极振荡频谱发生突变;当超过临界值时,与单独空心阴极的固有振荡频谱对比,空心阴极的放电振荡频谱发生了变化,表明阳极又可反过来影响空心阴极的放电振荡,两者的放电振荡相互耦合。该研究可为高可靠、长寿命小功率霍尔推力器的设计提供参考。

关键词：霍尔推力器空心阴极耦合振荡小功率

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空心阴极热特性优化研究

中国空间科学技术 2020年第1期40卷 45-53页

作者：于博宋娜康小录电子科技大学资源与环境学院信息地学研究中心成都600731 上海空间推进研究所上海201112

空心阴极常用于霍尔或离子电推进系统的电子源,其热特性对自身工作寿命和能效有重要影响。为考察工作过程中阴极的温度分布和热耗散特性,对空心阴极进行数值分析。采用等离子体流场计算数据与温度场计算数据互为输入条件,进行反复迭代... 详细信息

空心阴极常用于霍尔或离子电推进系统的电子源,其热特性对自身工作寿命和能效有重要影响。为考察工作过程中阴极的温度分布和热耗散特性,对空心阴极进行数值分析。采用等离子体流场计算数据与温度场计算数据互为输入条件,进行反复迭代的方式,计算稳态下阴极内部的温度场。为验证模型与计算代码的正确性,在真空舱内开展阴极的放电试验,利用热电偶与光学温度计对阴极5个测点进行测温,并将试验结果与计算结果进行比对。结果表明,计算的最大误差在5%以内。在此基础上,考察了不同结构、材料空心阴极内部的温度分布以及热耗散情况。当阴极整体长度由小变大时,阴极整体热耗散功率会先减小后增大,而采用发射率较高的外壳材料会提高阴极整体热耗散且降低整体温度。

关键词：空心阴极热特性辐射传递系数温度分布热耗散

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无热子空心阴极冷启动特性研究

推进技术 2016年第6期37卷 1195-1200页

作者：欧阳磊宁中喜夏国俊于达仁哈尔滨工业大学等离子体推进技术实验室黑龙江哈尔滨150001

为了研究无热子空心阴极冷启动特性,测量了点火电压、供气流量、触持极与发射体间距等对空心阴极的点火及放电特性的影响。随着空心阴极点火电压从200-600V逐渐升高,阴极冷启动过程分成了未点着过程、过渡过程和稳定点着过程。稳定点着... 详细信息

为了研究无热子空心阴极冷启动特性,测量了点火电压、供气流量、触持极与发射体间距等对空心阴极的点火及放电特性的影响。随着空心阴极点火电压从200-600V逐渐升高,阴极冷启动过程分成了未点着过程、过渡过程和稳定点着过程。稳定点着过程分成了击穿和自持两个阶段;在过渡过程中随着点火电压升高,冷启动时间逐渐缩短;在1-9sccm范围内逐步增大供气流量,无热子空心阴极冷启动点火电压逐渐下降;无热子空心阴极的放电特性与传统有热子空心阴极放电特性基本保持一致,同时随着触持极与发射体间距从2.3mm逐渐增大到4.3mm,放电特性也逐渐恶化。

关键词：空心阴极冷启动无热子点火特性

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离子推力器空心阴极分区均布模型研究

推进技术 2017年第8期38卷 1900-1906页

作者：谷增杰郭宁贾艳辉谢侃杨威冯杰孙运奎兰州空间技术物理研究所真空技术与物理国防科技重点实验室甘肃兰州730000 北京理工大学宇航学院北京100081

为了研究空心阴极结构尺寸和工况参数对放电性能的影响规律,基于发射体区和孔腔区等离子体参数均布假设,建立了一种不依赖试验和经验参数的适用于节流型空心阴极的分区均布数学模型。以LHC-5L空心阴极为算例,仿真结果与空心阴极试验结... 详细信息

为了研究空心阴极结构尺寸和工况参数对放电性能的影响规律,基于发射体区和孔腔区等离子体参数均布假设,建立了一种不依赖试验和经验参数的适用于节流型空心阴极的分区均布数学模型。以LHC-5L空心阴极为算例,仿真结果与空心阴极试验结果对比表明,当输入参数在一定范围之内,计算所得放电电压误差优于20%,发射体温度误差优于15%,放电电压等参数随放电电流、工质流率、关键结构尺寸的变化趋势与试验结果基本一致,证明该模型可以用于预测空心阴极放电性能,为空心阴极结构参数选择和设计优化提供依据。

关键词：电推进空心阴极放电特性建模仿真性能试验

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直流空心阴极放电中鞘层区电子的输运过程

物理学报 1994年第6期43卷 950-957页

作者：魏合林刘祖黎华中理工大学物理系中国科学院武汉物理研究所波谱与原子分子物理国家重点实验室

采用蒙特－卡洛方法对空心阴极放电中鞘层区电子的输运过程进行了研究，电子在鞘层区被非均匀电场加速，两次碰撞之间的步长是由电子与中性粒子的碰撞频率确定。模型中三种碰撞截面积是由实验和理论数据拟合而来。研究了电子平均能量、... 详细信息

采用蒙特－卡洛方法对空心阴极放电中鞘层区电子的输运过程进行了研究，电子在鞘层区被非均匀电场加速，两次碰撞之间的步长是由电子与中性粒子的碰撞频率确定。模型中三种碰撞截面积是由实验和理论数据拟合而来。研究了电子平均能量、电子密度和电离系数在径向的分布。电子能量的空间分布结果与实验很好地符合。

关键词：空心阴极放电电子输运过程

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C12A7空心阴极发射体的失效研究

推进技术 2022年第11期43卷 478-484页

作者：华志伟叶展雯王平阳上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

为进一步提高新型C12A7空心阴极的工作性能与寿命,发射体失效形式的微观分析十分必要。本文利用SEM,EDS,XRD等技术对C12A7发射体的熔融和氧化问题进行研究,分析了失效发射体放电前后的表面形貌和组分变化。结果表明,C12A7发射体在放电... 详细信息

为进一步提高新型C12A7空心阴极的工作性能与寿命,发射体失效形式的微观分析十分必要。本文利用SEM,EDS,XRD等技术对C12A7发射体的熔融和氧化问题进行研究,分析了失效发射体放电前后的表面形貌和组分变化。结果表明,C12A7发射体在放电后发射表面出现大量球形颗粒,不当工作条件下的发射体易过热,产生熔融再结晶形貌,且在高温下分解产生了不利于放电的CaAl_(2)O_(4)和Ca_(3)Al_(2)O_(6)。C12A7空心阴极虽有一定的抗氧化性,但在系统漏气状态下依然会被持续氧化,产生不可逆的中毒现象。

关键词：电子化合物空心阴极微观分析熔化氧化