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磁场梯度对Hall推力器放电特性影响的实验研究

段萍 鄂鹏 江滨浩 刘辉 魏立秋 徐殿国

磁场梯度对Hall推力器放电特性影响的实验研究

段萍, 鄂鹏, 江滨浩, 刘辉, 魏立秋, 徐殿国
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  • 为进一步探索Hall推力器通道内磁场优化设计理论,通过实验分析了强场区磁场梯度对推进剂的电离与加速等放电过程的影响. 研究发现,在本实验设计的磁场梯度范围内,磁场梯度大小对推进剂的电离过程影响较小,但是对离子流的加速特性会产生较为明显的影响.随着磁场梯度的增加,离子束的能量分布会趋于集中,推力器效率提高. 最后,对磁场轴向梯度进一步变大可能会引起的一系列物理问题如有限Larmor半径效应、电子传导机理转变规律和梯度漂移效应等进行了分析和思考.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:10975026,50877018)、辽宁省教育厅高校科研基金(批准号:2006A047)、哈尔滨工业大学科研创新基金(批准号:2009044)和黑龙江省博士后科学基金(批准号:LBH-Z09161)资助的课题.
    [1]

    Zhurin V V, Kaufman H R 1999 Plasma Sourc. Sci. Technol. 8 1

    [2]

    Yu D R, Zhang F K, Li H, Liu H 2009 Acta Phys. Sin. 58 1844(in Chinese)[于达仁、张凤奎、李 鸿、刘 辉 2009 物理学报 58 1844]

    [3]

    Geng S F, Tang D L, Zhao J, Qiu X M 2009 Acta Phys. Sin. 58 5520(in Chinese)[耿少飞、唐德礼、赵 杰、邱孝明 2009 物理学报 58 5520]

    [4]

    E P 2009 Ph. D. Dissertation (Harbin: Harbin Institute of Technology)(in Chinese) [鄂 鹏 2009 博士学位论文(哈尔滨: 哈尔滨工业大学)]

    [5]

    Morozov A I, Savelyev V V 2001 Reviews of Plasma Physics (Volume 21)(New York: Consultants Bureau) p207

    [6]

    Esipchuck Y, Tilinin G 1976 Sov. Phys.Tech. Phys. 21 417

    [7]

    Tilinin G 1977 Sov. Phys.Tech. Phys. 22 974

    [8]

    E P, Yu D R, Wu Z W, Han K 2009 Acta Phys. Sin. 58 2535(in Chinese)[鄂 鹏、于达仁、武志文、韩 轲 2009 物理学报 58 2535]

    [9]

    Morozov A I, Esipchuck Y V 1972 Sov. Phys. Tech. Phys. 17 482

    [10]

    Morozov A I 2003 Plasma Phys. Rep. 29 235

    [11]

    Racca G D, Giuseppe D 1999 Acta Astronaut. 45 337

    [12]

    Garrigues L, Hagelaar G J M, Bareilles J, Boniface C, Boeuf J P 2003 Phys. Plasmas 10 4886

    [13]

    Morozov A I, Balebanov V M, Bugrova A I, Lipatov A S, Khartchevnikov V K 1997 Plasma Phys. Rep. 23 587

    [14]

    Ding Y J 2009 Ph. D. Dissertation (Harbin: Harbin Institute of Technology) (in Chinese) [丁永杰 2009 博士学位论文(哈尔滨: 哈尔滨工业大学)]

    [15]

    Li Y Q, Yu D R 2006 Plasma Sci. Technol. 8 666

    [16]

    Linnell J A, Gallimore A D 2006 Phys. Plasmas 13 103504

    [17]

    Karabadzhak G F, Chiu Y H, Dressler R A 2006 J. Appl. Phys. 11 113305

    [18]

    Fu H Y 2008 MS Dissertation (Harbin: Harbin Institute of Technology)(in Chinese) [付海洋 2008 硕士学位论文(哈尔滨: 哈尔滨工业大学)]

    [19]

    Bugrova A I, Morozov A I, Kharchevnikov V K 1990 Sov. J. Plasma Phys. 16 849

  • [1]

    Zhurin V V, Kaufman H R 1999 Plasma Sourc. Sci. Technol. 8 1

    [2]

    Yu D R, Zhang F K, Li H, Liu H 2009 Acta Phys. Sin. 58 1844(in Chinese)[于达仁、张凤奎、李 鸿、刘 辉 2009 物理学报 58 1844]

    [3]

    Geng S F, Tang D L, Zhao J, Qiu X M 2009 Acta Phys. Sin. 58 5520(in Chinese)[耿少飞、唐德礼、赵 杰、邱孝明 2009 物理学报 58 5520]

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    E P 2009 Ph. D. Dissertation (Harbin: Harbin Institute of Technology)(in Chinese) [鄂 鹏 2009 博士学位论文(哈尔滨: 哈尔滨工业大学)]

    [5]

    Morozov A I, Savelyev V V 2001 Reviews of Plasma Physics (Volume 21)(New York: Consultants Bureau) p207

    [6]

    Esipchuck Y, Tilinin G 1976 Sov. Phys.Tech. Phys. 21 417

    [7]

    Tilinin G 1977 Sov. Phys.Tech. Phys. 22 974

    [8]

    E P, Yu D R, Wu Z W, Han K 2009 Acta Phys. Sin. 58 2535(in Chinese)[鄂 鹏、于达仁、武志文、韩 轲 2009 物理学报 58 2535]

    [9]

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    Racca G D, Giuseppe D 1999 Acta Astronaut. 45 337

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    Ding Y J 2009 Ph. D. Dissertation (Harbin: Harbin Institute of Technology) (in Chinese) [丁永杰 2009 博士学位论文(哈尔滨: 哈尔滨工业大学)]

    [15]

    Li Y Q, Yu D R 2006 Plasma Sci. Technol. 8 666

    [16]

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    Karabadzhak G F, Chiu Y H, Dressler R A 2006 J. Appl. Phys. 11 113305

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    Fu H Y 2008 MS Dissertation (Harbin: Harbin Institute of Technology)(in Chinese) [付海洋 2008 硕士学位论文(哈尔滨: 哈尔滨工业大学)]

    [19]

    Bugrova A I, Morozov A I, Kharchevnikov V K 1990 Sov. J. Plasma Phys. 16 849

  • [1] 武志文, 鄂鹏, 韩轲, 于达仁. 磁场强度对霍尔推力器放电特性影响的实验研究. 物理学报, 2009, 58(4): 2535-2542. doi: 10.7498/aps.58.2535
    [2] 段萍, 鄂鹏, 魏立秋, 白德宇, 江滨浩, 徐殿国. 真空背压对霍尔推力器放电特性影响的实验研究. 物理学报, 2010, 59(12): 8676-8684. doi: 10.7498/aps.59.8676
    [3] 鄂鹏, 段萍, 刘辉, 吴勃英. ATON型Hall推力器缓冲区预电离问题研究. 物理学报, 2010, 59(10): 7203-7208. doi: 10.7498/aps.59.7203
    [4] 张欣盟, 田修波, 巩春志, 杨士勤. 约束阴极微弧氧化放电特性研究. 物理学报, 2010, 59(8): 5613-5619. doi: 10.7498/aps.59.5613
    [5] 肖舒, 吴忠振, 崔岁寒, 刘亮亮, 郑博聪, 林海, 傅劲裕, 田修波, 潘锋, 朱剑豪. 筒形高功率脉冲磁控溅射源的开发与放电特性. 物理学报, 2016, 65(18): 185202. doi: 10.7498/aps.65.185202
    [6] 王文钊, 胡碧涛, 郑皓, 屠小青, 高朋林, 闫松, 郭文传, 闫海洋. 一种可用于极化3He实验的新型磁场系统. 物理学报, 2018, 67(17): 176701. doi: 10.7498/aps.67.20180571
    [7] 欧阳吉庭, 何 锋, 缪劲松, 冯 硕. 共面介质阻挡放电特性研究. 物理学报, 2006, 55(11): 5969-5974. doi: 10.7498/aps.55.5969
    [8] 张凤奎, 丁永杰. Hall推力器内饱和鞘层下电子与壁面碰撞频率特性. 物理学报, 2011, 60(6): 065203. doi: 10.7498/aps.60.065203
    [9] 龙建飞, 张天平, 杨威, 孙明明, 贾艳辉, 刘明正. 离子推力器推力密度特性. 物理学报, 2018, 67(2): 022901. doi: 10.7498/aps.67.20171507
    [10] 韩轲, 江滨浩, 纪延超. 霍尔效应推力器放电双稳态机理研究. 物理学报, 2012, 61(7): 075209. doi: 10.7498/aps.61.075209
    [11] 邓立赟, 蓝红梅, 刘悦. 霍尔推力器磁场位形及其优化的数值研究. 物理学报, 2011, 60(2): 025213. doi: 10.7498/aps.60.025213
    [12] 卿绍伟, 鄂鹏, 段萍. 壁面二次电子发射对霍尔推力器放电通道绝缘壁面双鞘特性的影响. 物理学报, 2013, 62(5): 055202. doi: 10.7498/aps.62.055202
    [13] 杨涓, 石峰, 杨铁链, 孟志强. 电子回旋共振离子推力器放电室等离子体数值模拟. 物理学报, 2010, 59(12): 8701-8706. doi: 10.7498/aps.59.8701
    [14] 王维, 杨兰均, 刘帅, 黄易之, 黄东, 吴锴. 线-铝箔电极电晕放电激励器的推力理论与实验研究. 物理学报, 2015, 64(10): 105204. doi: 10.7498/aps.64.105204
    [15] 胡跃辉, 阴生毅, 陈光华, 吴越颖, 王 青, 张文理, 周小明, 周健儿. MWECR CVD等离子体系统梯度磁场对沉积a-Si:H薄膜特性研究. 物理学报, 2004, 53(7): 2263-2269. doi: 10.7498/aps.53.2263
    [16] 杨 涓, 苏纬仪, 毛根旺, 夏广庆. 外加磁场微波等离子推力器内流场数值模拟. 物理学报, 2006, 55(12): 6494-6499. doi: 10.7498/aps.55.6494
    [17] 刘辉, 蒋文嘉, 宁中喜, 崔凯, 曾明, 曹希峰, 于达仁. 使用不同工质的会切磁场等离子体推力器. 物理学报, 2018, 67(14): 145201. doi: 10.7498/aps.67.20180366
    [18] 刘达伟. 高气压快放电XeCl准分子激光器的放电特性. 物理学报, 1984, 33(11): 1512-1519. doi: 10.7498/aps.33.1512
    [19] 龙建飞, 张天平, 李娟, 贾艳辉. 离子推力器栅极透过率径向分布特性研究. 物理学报, 2017, 66(16): 162901. doi: 10.7498/aps.66.162901
    [20] 于博, 张岩, 贺伟国, 杭观荣, 康小录, 赵青. 超声波电喷推力器羽流中和特性研究. 物理学报, 2018, 67(4): 040201. doi: 10.7498/aps.67.20171972
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出版历程
  • 收稿日期:  2009-11-12
  • 修回日期:  2009-12-16
  • 刊出日期:  2010-10-15

磁场梯度对Hall推力器放电特性影响的实验研究

  • 1. (1)大连大学物理科学与技术学院,大连 116622; (2)哈尔滨工业大学电气工程系,哈尔滨 150001
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:10975026,50877018)、辽宁省教育厅高校科研基金(批准号:2006A047)、哈尔滨工业大学科研创新基金(批准号:2009044)和黑龙江省博士后科学基金(批准号:LBH-Z09161)资助的课题.

摘要: 为进一步探索Hall推力器通道内磁场优化设计理论,通过实验分析了强场区磁场梯度对推进剂的电离与加速等放电过程的影响. 研究发现,在本实验设计的磁场梯度范围内,磁场梯度大小对推进剂的电离过程影响较小,但是对离子流的加速特性会产生较为明显的影响.随着磁场梯度的增加,离子束的能量分布会趋于集中,推力器效率提高. 最后,对磁场轴向梯度进一步变大可能会引起的一系列物理问题如有限Larmor半径效应、电子传导机理转变规律和梯度漂移效应等进行了分析和思考.

English Abstract

参考文献 (19)

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