霍尔推力器点火启动过程实验研究

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1、硕士学位论文霍尔推力器点火启动过程实验研究EXPERIMENTALSTUDYONSTART-UPTRANSIENTOFHALLTHRUSTERS杨子怡哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：TP271.31学校代码：10213国际图书分类号：62-523.3密级：公开工学硕士学位论文霍尔推力器点火启动过程实验研究硕士研究生：杨子怡导师：魏立秋副教授申请学位：工学硕士学科：动力机械及工程所在单位：能源科学与工程学院答辩日期：2015年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP271.31U.D.C:62-523.3DissertationfortheMast

2、erDegreeinEngineeringEXPERIMENTALSTUDYONSTART-UPTRANSIENTOFHALLTHRUSTERSCandidate：YangZiyiSupervisor：Assoc.Prof.WeiLiqiuAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：PowerEngineeringAffiliation：SchoolofEnergyScienceandEngineeringDateofDefence：July,2015Degree-Conferring-Institution：Harbi

3、nInstituteofTechnology哈尔滨工业大学硕士学位论文摘要霍尔推力器是一种典型的利用正交电磁场约束等离子体放电的推进装置，点火是其正常运行的第一步也是最关键的一步。霍尔推力器点火启动过程本质上是正交电磁场下的气体雪崩击穿过程，推力器在轨飞行点火几千次，天地环境差异、推力器工作参数漂移以及寿命期内状态的变化等均会对点火可靠性造成影响，点火过程中气体瞬间雪崩电离伴随着百安培量级的瞬时电流也会冲击整个供电系统，影响霍尔推力器系统的安全运行，因此针对霍尔推力器点火启动可靠性和点火冲击的研究具有重要的理论价值和应用意义。首先，从气体放电基本理论出发，分析霍尔推力器点火启动的物理过

4、程，在变电压条件下测试推力器点火前通道内暗电流特性，给出推力器点火启动过程中暗电流的伏安特性曲线，研究其特性变化的物理机制，结果表明暗电流伏安特性曲线可分为线性段和指数上升段，线性段斜率和指数上升段上升速率与阳极流量成正比，与磁场强度成反比，分别表现为电子与壁面、电子与中性粒子的电子传导过程占主导地位和级联碰撞电离过程占主导地位。随后基于暗电流随点火参数的变化趋势进行降低励磁电流的点火启动边界实验，给出了霍尔推力器点火边界与宏观放电参数之间的变化规律。其次，围绕推力器点火启动过程中点火瞬间冲击电流展开相关实验和理论研究，通过点火前通道内压力测量及推力器的变放电参数点火实验，分析了点火瞬

5、间冲击电流形成机理和特性，研究表明点火冲击电流峰值与阳极电压、质量流量成正比，冲击电流持续时间与阳极电压成反比，与质量流量成正比，磁场强度只影响点火边界，不影响点火冲击电流峰值和持续时间，点火瞬间冲击电流的积分面积由点火前通道内原子数密度决定。第三，点火瞬间电源侧冲击电流是影响供电系统安全的重要因素之一，在点火瞬间推力器侧冲击电流形成机制认识的基础上，结合放电回路滤波单元特性，给出了点火瞬间电源侧冲击电流形成机理及评估计算方法，通过分析给出了点火瞬间电源侧冲击电流的理论边界值计算公式，理论计算数据与实验数据定性吻合。利用上述理论分析对比不同电感参数下电源脉冲电流峰值，给出滤波器的电感参

6、数选择优化方向。最后，从工程实用角度出发，通过半量化方法研究了点火参数对点火可靠性和点火冲击电流的影响规律，综合评估点火可靠性和点火冲击电流的设计矛盾，引入点火裕度概念，通过变参数多次点火裕度整定实验，综合推力器点火-I-哈尔滨工业大学硕士学位论文的宏观参数、点火回路元件参数、阴极特性、真空度等因素对点火裕度的影响规律，给出点火参数优化方向和工程设计方法。关键词：推力器点火启动；点火可靠性；点火冲击电流；点火参数优化。-II-哈尔滨工业大学硕士学位论文AbstractTheHallthrusterisatypicalplasmapropulsiondevicewithcrossedel

7、ectricfieldandmagneticfield.Start-upofaHallthrusteristhefirstandalsothemostimportantstepinitsoperation.Thestart-upprocessinaHallthrusterisagasbreakdownprocesswithorthogonalelectromagneticfield.Anin-orbitthrusterwillbeignited