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离子推力器栅极透过率径向分布特性研究

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

龙建飞, 张天平, 李娟, 贾艳辉
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  • 栅极系统是离子推力器的主要组件,其透过率特性对推力器的效率和推力具有重要影响.为了进一步优化栅极性能和有效评估离子推力器效率,对离子推力器栅极透过率径向分布进行研究.采用particle-In-Cell-Monte Carlo Collision数值仿真方法对束流引出过程进行了模拟.分析了屏栅、加速栅以及栅极系统的透过率随栅孔引出束流离子数量的变化关系,结合放电室出口离子密度分布,进而分别得到屏栅透过率、加速栅透过率和栅极系统透过率的径向分布特性,最后进行实验验证.研究结果表明:屏栅透过率径向分布具有中心对称性,在推力器中心有最小值,从中心沿着径向逐渐增大;加速栅透过率径向分布与屏栅透过率变化趋势相反;栅极系统透过率受加速栅透过率的影响很小,其径向分布与屏栅透过率径向分布相近;离子推力器栅极总透过率随着束流增大而缓慢减小.研究结果可为离子推力器栅极优化提供参考.
      通信作者: 龙建飞, ljf510@163.com
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:61601210)、国家重大基础研究项目(批准号:61××34)和重点实验室基金(批准号:9140C55026150C55013)资助的课题.
    [1]

    Porst J P, Kuhmann J, Kukies R, Leiter H 2015 Presented at Joint Conference of 30th International Symposium on Space Technology and Science 34th International Electric Propulsion Conference and 6th Nano-satellite Symposium, Hyogo-Kobe Japan, July 4-10, 2015 p2015-b-2901

    [2]

    Hutchins M, Simpson H, Palencia Jiménez J 2015 Presented at Joint Conference of 30th International Symposium on Space Technology and Science 34th International Electric Propulsion Conference and 6th Nano-satellite Symposium Hyogo-Kobe, Japan, July 4-10, 2015 p2015-b-1311

    [3]

    Chen M L, Xia G Q, Mao G W 2014 Acta Phys. Sin. 63 182901(in Chinese)[陈茂林, 夏广庆, 毛根旺2014物理学报 63 182901]

    [4]

    Zhang T P, Wang X Y, Jiang H C 2013 Presented at the 33th International Electric Propulsion Conference Washington, USA, 2013 p2013-48-1

    [5]

    Chen J J, Zhang T P, Jia Y H, Li X P 2012 High Power Laser and Particle Beams 24 2469(in Chinese)[陈娟娟, 张天平, 贾艳辉, 李小平2012强激光与粒子束流24 2469]

    [6]

    Zhou Z C, Wang M, Zhong X Q, Chen J J, Zhang T P 2015 Chin. J. Vacuum Sci. Technol. 35 1088(in Chinese)[周志成, 王敏, 仲小清, 陈娟娟, 张天平2015真空科学与技术学报35 1088]

    [7]

    Kaufman H R 1999 Plasma Sources Sci. Technol. 8 R1

    [8]

    Brophy J R 1990 Presented at the 21th International Electric Propulsion Conference California, USA, 1990 p90-2655-1

    [9]

    Arakawa Y, Nakano M 1996 Presented at the 32nd Joint Propulsion Conference and Exhibit, Joint Propulsion Conferences Vista, USA, 1996 p96-3198-1

    [10]

    Wirz R, Goebel D M 2008 Plasma Sources Sci. Technol. 17 035010

    [11]

    Haag T, Soulas G C 2002 Presented at the 38th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, Joint Propulsion Conferences Indianapolis, Indiana, 2002 p2003-4557-1

    [12]

    Anderson J, Goodfellow K, Polk J, Shotwell R, Rawlin V, Sovey J, Patterson M 1999 Presented at the 35th Joint Propulsion Conference and Exhibit, Joint Propulsion Conferences California USA, 1999 p99-2857-1

    [13]

    Chen M L, Xia G Q, Yang Z Y, Zhang B, Xu Z Q, Mao G W 2014 High Voltage Engineering 40 3012(in Chinese)[陈茂林, 夏广庆, 杨正岩, 张斌, 徐宗琦, 毛根旺2014高电压技术40 3012]

    [14]

    Li J, Chu Y C, Cao Y 2012 J. Propul. Technol. 33 131(in Chinese)[李娟, 楚豫川, 曹勇2012推进技术33 131]

    [15]

    Wang M, Gu Z, Xu J L 2013 Vacuum&Cryogenics 19 95(in Chinese)[王蒙, 顾左, 徐金灵2013真空与低温19 95]

    [16]

    Zhong L W, Liu Y, Li J, Gu Z, Jiang H C, Wang H X, Tang H B 2010 Chin. J. Aeronaut. 23 15

    [17]

    Hu W P, Sang C F, Tang T F, Wang D Z, Li M, Jin D Z, Tan X H 2014 Phys. Plasmas 21 033510

    [18]

    Liu H, Wu B, Yu D, Cao Y, Duan P 2010 J. Phys. D:Appl. Phys. 43 165202

    [19]

    Boer P 1997 J. Propul. Power 13 783

    [20]

    Wang J, Polk J, Brophy J, Katz J 2003 J. Propul. Power 19 1192

    [21]

    Herman D A, Gallimore A D 2013 Presented at the 40th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit, Joint Propulsion Conferences Florida USA 2013 p2004-3794-1

    [22]

    Zheng M F, Jiang H C 2011 J. Propul. Technol. 32 762(in Chinese)[郑茂繁, 江豪成2011推进技术32 762]

    [23]

    Farnell C C, Williams J D 2010 J. Propul. Power 26 125

  • [1]

    Porst J P, Kuhmann J, Kukies R, Leiter H 2015 Presented at Joint Conference of 30th International Symposium on Space Technology and Science 34th International Electric Propulsion Conference and 6th Nano-satellite Symposium, Hyogo-Kobe Japan, July 4-10, 2015 p2015-b-2901

    [2]

    Hutchins M, Simpson H, Palencia Jiménez J 2015 Presented at Joint Conference of 30th International Symposium on Space Technology and Science 34th International Electric Propulsion Conference and 6th Nano-satellite Symposium Hyogo-Kobe, Japan, July 4-10, 2015 p2015-b-1311

    [3]

    Chen M L, Xia G Q, Mao G W 2014 Acta Phys. Sin. 63 182901(in Chinese)[陈茂林, 夏广庆, 毛根旺2014物理学报 63 182901]

    [4]

    Zhang T P, Wang X Y, Jiang H C 2013 Presented at the 33th International Electric Propulsion Conference Washington, USA, 2013 p2013-48-1

    [5]

    Chen J J, Zhang T P, Jia Y H, Li X P 2012 High Power Laser and Particle Beams 24 2469(in Chinese)[陈娟娟, 张天平, 贾艳辉, 李小平2012强激光与粒子束流24 2469]

    [6]

    Zhou Z C, Wang M, Zhong X Q, Chen J J, Zhang T P 2015 Chin. J. Vacuum Sci. Technol. 35 1088(in Chinese)[周志成, 王敏, 仲小清, 陈娟娟, 张天平2015真空科学与技术学报35 1088]

    [7]

    Kaufman H R 1999 Plasma Sources Sci. Technol. 8 R1

    [8]

    Brophy J R 1990 Presented at the 21th International Electric Propulsion Conference California, USA, 1990 p90-2655-1

    [9]

    Arakawa Y, Nakano M 1996 Presented at the 32nd Joint Propulsion Conference and Exhibit, Joint Propulsion Conferences Vista, USA, 1996 p96-3198-1

    [10]

    Wirz R, Goebel D M 2008 Plasma Sources Sci. Technol. 17 035010

    [11]

    Haag T, Soulas G C 2002 Presented at the 38th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, Joint Propulsion Conferences Indianapolis, Indiana, 2002 p2003-4557-1

    [12]

    Anderson J, Goodfellow K, Polk J, Shotwell R, Rawlin V, Sovey J, Patterson M 1999 Presented at the 35th Joint Propulsion Conference and Exhibit, Joint Propulsion Conferences California USA, 1999 p99-2857-1

    [13]

    Chen M L, Xia G Q, Yang Z Y, Zhang B, Xu Z Q, Mao G W 2014 High Voltage Engineering 40 3012(in Chinese)[陈茂林, 夏广庆, 杨正岩, 张斌, 徐宗琦, 毛根旺2014高电压技术40 3012]

    [14]

    Li J, Chu Y C, Cao Y 2012 J. Propul. Technol. 33 131(in Chinese)[李娟, 楚豫川, 曹勇2012推进技术33 131]

    [15]

    Wang M, Gu Z, Xu J L 2013 Vacuum&Cryogenics 19 95(in Chinese)[王蒙, 顾左, 徐金灵2013真空与低温19 95]

    [16]

    Zhong L W, Liu Y, Li J, Gu Z, Jiang H C, Wang H X, Tang H B 2010 Chin. J. Aeronaut. 23 15

    [17]

    Hu W P, Sang C F, Tang T F, Wang D Z, Li M, Jin D Z, Tan X H 2014 Phys. Plasmas 21 033510

    [18]

    Liu H, Wu B, Yu D, Cao Y, Duan P 2010 J. Phys. D:Appl. Phys. 43 165202

    [19]

    Boer P 1997 J. Propul. Power 13 783

    [20]

    Wang J, Polk J, Brophy J, Katz J 2003 J. Propul. Power 19 1192

    [21]

    Herman D A, Gallimore A D 2013 Presented at the 40th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit, Joint Propulsion Conferences Florida USA 2013 p2004-3794-1

    [22]

    Zheng M F, Jiang H C 2011 J. Propul. Technol. 32 762(in Chinese)[郑茂繁, 江豪成2011推进技术32 762]

    [23]

    Farnell C C, Williams J D 2010 J. Propul. Power 26 125

  • [1] 陈茂林, 夏广庆, 毛根旺. 多模式离子推力器栅极系统三维粒子模拟仿真. 物理学报, 2014, 63(18): 182901. doi: 10.7498/aps.63.182901
    [2] 陈茂林, 夏广庆, 徐宗琦, 毛根旺. 栅极热变形对离子推力器工作过程影响分析. 物理学报, 2015, 64(9): 094104. doi: 10.7498/aps.64.094104
    [3] 李瑶, 苏桐, 雷凡, 徐能, 盛立志, 赵宝升. 等离子体中X射线透过率分析及潜在通信应用研究. 物理学报, 2019, 68(4): 040401. doi: 10.7498/aps.68.20181973
    [4] 陈兆权, 殷志祥, 陈明功, 刘明海, 徐公林, 胡业林, 夏广庆, 宋晓, 贾晓芬, 胡希伟. 负偏压离子鞘及气体压强影响表面波放电过程的粒子模拟. 物理学报, 2014, 63(9): 095205. doi: 10.7498/aps.63.095205
    [5] 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
    [6] 卓红斌, 胡庆丰, 刘 杰, 迟利华, 张文勇. 超短脉冲激光与稀薄等离子体相互作用的准静态粒子模拟研究. 物理学报, 2005, 54(1): 197-201. doi: 10.7498/aps.54.197
    [7] 简广德, 董家齐. 环形等离子体中电子温度梯度不稳定性的粒子模拟. 物理学报, 2003, 52(7): 1656-1662. doi: 10.7498/aps.52.1656
    [8] 杨超, 刘大刚, 周俊, 廖臣, 彭凯, 刘盛纲. 一种新型径向三腔同轴虚阴极振荡器全三维粒子模拟研究. 物理学报, 2011, 60(8): 084102. doi: 10.7498/aps.60.084102
    [9] 陈兆权, 夏广庆, 刘明海, 郑晓亮, 胡业林, 李平, 徐公林, 洪伶俐, 沈昊宇, 胡希伟. 气体压强及表面等离激元影响表面波等离子体电离发展过程的粒子模拟. 物理学报, 2013, 62(19): 195204. doi: 10.7498/aps.62.195204
    [10] 刘雷, 李永东, 王瑞, 崔万照, 刘纯亮. 微波阶梯阻抗变换器低气压电晕放电粒子模拟. 物理学报, 2013, 62(2): 025201. doi: 10.7498/aps.62.025201
    [11] 王宬朕, 董全力, 刘苹, 吴奕莹, 盛政明, 张杰. 激光等离子体中高能电子各向异性压强的粒子模拟. 物理学报, 2017, 66(11): 115203. doi: 10.7498/aps.66.115203
    [12] 张敬, 掌蕴东, 张学楠, 喻波, 王金芳, 王楠, 田赫, 袁萍. 光学谐振系统中慢光特性研究. 物理学报, 2011, 60(2): 024218. doi: 10.7498/aps.60.024218
    [13] 巩华荣, 宫玉彬, 魏彦玉, 薛东海, 王文祥, 唐昌建. 考虑到束-波相互作用的速调管离子噪声二维模拟. 物理学报, 2006, 55(10): 5368-5374. doi: 10.7498/aps.55.5368
    [14] 王宇, 陈再高, 雷奕安. 等离子体填充0.14 THz相对论返波管模拟. 物理学报, 2013, 62(12): 125204. doi: 10.7498/aps.62.125204
    [15] 吴福全, 张淳民, 刘宁. 偏振干涉成像光谱仪中格兰-泰勒棱镜全视场角透过率的分析与计算. 物理学报, 2010, 59(2): 949-957. doi: 10.7498/aps.59.949
    [16] 杨超, 刘大刚, 王小敏, 刘腊群, 王学琼, 刘盛纲. 基于负氢离子源的全三维PIC/MCC模拟算法研究. 物理学报, 2012, 61(4): 045204. doi: 10.7498/aps.61.045204
    [17] 孙振月, 桑超峰, 胡万鹏, 王德真. 偏滤器等离子体中杂质对钨壁材料的侵蚀模拟研究. 物理学报, 2014, 63(14): 145204. doi: 10.7498/aps.63.145204
    [18] 邹长林, 叶文华, 卢新培. 一维动理学数值模拟激光与等离子体的相互作用. 物理学报, 2014, 63(8): 085207. doi: 10.7498/aps.63.085207
    [19] 谈 斌, 李智勇, 李世忱. 非线性光纤环形镜的脉冲透过特性研究. 物理学报, 2004, 53(9): 3071-3076. doi: 10.7498/aps.53.3071
    [20] 陈红艺, 郭红莲, 倪培根, 张 琦, 程丙英, 张道中. 聚苯乙烯微粒光子晶体的反常透过特性. 物理学报, 2003, 52(9): 2155-2158. doi: 10.7498/aps.52.2155
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-03-18
  • 修回日期:  2017-06-08
  • 刊出日期:  2017-08-20

离子推力器栅极透过率径向分布特性研究

  • 1. 兰州空间技术物理研究所, 真空技术与物理重点实验室, 兰州 730000
  • 通信作者: 龙建飞, ljf510@163.com
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:61601210)、国家重大基础研究项目(批准号:61×

    ×

    34)和重点实验室基金(批准号:9140C55026150C55013)资助的课题.

摘要: 栅极系统是离子推力器的主要组件,其透过率特性对推力器的效率和推力具有重要影响.为了进一步优化栅极性能和有效评估离子推力器效率,对离子推力器栅极透过率径向分布进行研究.采用particle-In-Cell-Monte Carlo Collision数值仿真方法对束流引出过程进行了模拟.分析了屏栅、加速栅以及栅极系统的透过率随栅孔引出束流离子数量的变化关系,结合放电室出口离子密度分布,进而分别得到屏栅透过率、加速栅透过率和栅极系统透过率的径向分布特性,最后进行实验验证.研究结果表明:屏栅透过率径向分布具有中心对称性,在推力器中心有最小值,从中心沿着径向逐渐增大;加速栅透过率径向分布与屏栅透过率变化趋势相反;栅极系统透过率受加速栅透过率的影响很小,其径向分布与屏栅透过率径向分布相近;离子推力器栅极总透过率随着束流增大而缓慢减小.研究结果可为离子推力器栅极优化提供参考.

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