霍尔推力器励磁线圈可靠寿命评估实验研究

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1、硕士学位论文霍尔推力器励磁线圈可靠寿命评估实验研究ExperimentalstudyontheLifeReliabilityofHallthrusterExcitationcoil黄涛哈尔滨工业大学2018年6月中图分类号：V439+.2学校代码：10213UDC：621.455密级：内部工学硕士学位论文霍尔推力器励磁线圈可靠寿命评估实验研究硕士研究生：黄涛导师：魏立秋教授申请学位：工程硕士学科：动力工程所在单位：能源科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedInd

2、ex:：V439+.2UDC：621.455DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringEXPERIMENTALSTUDYONTHELIFERLIABILITYOFHALLTHRUSTEREXCITATIONCOILCandidate：HuangTaoSupervisor：Prof.WeiLiqiuAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：PowerEngineeringAffiliation：Sch

3、oolofEnergyScienceandEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要励磁线圈作为产生磁场的重要部件，是常规的、非永磁的等离子体推进系统中必不可少的部件。其绝缘失效引发的安匝数发生变化，磁场位形随之发生变化，会使推力器脱离最佳工况，进而工作性能下降。甚至会加大振荡，使推力器停止工作，电器元件绝缘性能发生变化，影响其可靠性。励磁线圈工作状态下恶劣的温度

4、和电场环境使是它成为霍尔推力器中最有可能发生损坏的部件之一。因此评估励磁线圈工作状态下的热电环境和寿命可靠性具有重大的意义。由于励磁线圈具有较长的寿命，实验条件下受研究时限和研究费用等限制，很难实现它的大批量全寿命实验，传统大样本下的寿命评估方法就无法用于它的研究。根据传统的研究方法仅仅利用结果量的缺陷，研究提出一种基于过程量的离散度变化的可靠性评估方法，并把这种方法运用到励磁线圈的可靠性寿命研究上。首先，要研究励磁线圈的寿命可靠性，就必须对励磁线圈的热电环境进行研究。研究使用COMSOL对励磁线圈的热电环境

5、进行模拟，发现对于温度分布，最高温度分布出现在主线圈中部表面位置，绝缘部分的恒压热容对于温度分布没有影响，大的导热系数能够降低温度分布的最高温度值；聚焦羽流模式的温度分布整体比发散羽流模式低；填充率越大，最高温度越低；磁极圆角能够明显的降低温度分布的最高温度值。对于电场分布，励磁电流与最大电场模呈线性关系；点火参数受以上两点的控制，得出30sccm~45sccm的阳极流量，1.5A~3A励磁电流，250V~400V的放电电压对于点火最有利且能够减少点火瞬间励磁线圈的电场老化作用；填充率越大，最高电场模越低；磁

6、极圆角并不能够明显的降低最高电场模。其次根据励磁线圈的失效形式提炼出质量、冷态电阻和冷态电容作为励磁线圈的寿命特征参数。针对传统大样本可靠性分析方法只利用结果量的缺点，提出一种将特征参数离散度与励磁线圈可靠度联系起来的方法，基于各种过程参数进行励磁线圈的寿命可靠性评估。最后开进行了励磁线圈的老化试验，发现质量的平均值随着时间的增大减小，标准差随时间增大减小；冷态电阻的平均值随时间的增加而增加，标准差随时间的增减而增大；冷态电容的平均值随时间的增加而减小，其标准差随时间的增加而减小。按照提出的可靠性评估方法，以

7、质量为例进行了励磁线圈可靠度函数计算，通过可靠度函数的变化趋势，分析得到初始离散度和可靠度之间的关系。并对老化试验提出了相应的建议。关键词：励磁线圈；热电环境；离散度；寿命可靠性IAbstractAbstractExcitationcoilsareimportantcomponentsforgeneratingmagneticfieldsandareindispensablecomponentsinconventional,non-permanentmagnetplasmapropulsionsystems.

8、Thechangeofampereturnscausedbytheinsulationfailure,themagneticfieldconfigurationchangesaccordingly,whichwillcausethethrustertodeviatefromtheoptimumworkingconditions,andtheworkingperformancewillbereduce