温度对霍尔推力器磁场及放电性能的影响

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1、硕士学位论文温度对霍尔推力器磁场及放电性能的影响THEINFLUENCEOFTEMPERATUREONTHEHALLTHRUSTER’SMAGNETICFIELDANDDISCHARGECHARACTERISTICS王二华哈尔滨工业大学2014年12月国内图书分类号：TP24学校代码：10213国际图书分类号：629.7密级：公开工学硕士学位论文温度对霍尔推力器磁场及放电性能的影响硕士研究生：王二华导师：曹勇副教授申请学位：工学硕士学科：动力工程及工程热物理所在单位：深圳研究生院答辩日期：2014年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学Clas

2、sifiedIndex:TP24U.D.C:629.7DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringTHEINFLUENCEOFTEMPERATUREONTHEHALLTHRUSTER’SMAGNETICFIELDANDDISCHARGECHARACTERISTICSCandidate：WangErhuaSupervisor：AssociateProf.CaoYongAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：PowerEngineer

3、ingandEngineeringThermophysicsAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：December,2014Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要霍尔推力器从冷态到工作后热稳定时存在300°C以上的偏差，同时其搭载在卫星平台上运行时，推力器工况相对在地面设计实验时的工作点可能会产生一定的偏移。磁路元件的热堆积对放电通道内的磁场分布产生了影响，从而改变了推力器的工作性能。本文利用商业软件

4、ANSYS热仿真计算霍尔推力器工作过程中磁路元件的温度变化，得到推力器各测点位置温度分布的仿真结果。实验测量100min内推力器内外磁屏的温度变化，得到推力器接近热平衡时内外磁屏温升超过300°C。开展了太阳辐照对推力器温度影响的仿真分析研究，得到太阳正面辐照时，推力器各部位除内、外陶瓷温度上升较少外，其它温升均超过10°C，侧面辐射时会在推力器阴阳两面形成一个大约在10°C左右的温差。用直接模拟蒙特卡罗法计算相应条件下等离子体密度和空间电势的分布。结果表明，磁场的变化影响了通道内电离区的轴向位置、空间电势以及电子温度的分布，进而改变了推力

5、器的效率。设计软磁材料DT4C的变温实验，得到了DT4C从20°C~500°C各温度段的B-H曲线。随着温度的升高，在300>H>50A/m时，DT4C的磁导率呈减少趋势，在H>300A/m时，试件的磁导率先减少后增加再减少。然后对推力器进行二维磁场仿真，得到推力器在高温下较常温下时放电通道内的磁感应强度大约下降了15%，零磁场位置向外延伸2.3mm。提出了一种监测推力器工作时放电通道空间磁场变化的方法，得到串联励磁磁场强度随线圈电感的增加而减少。电感较小时，磁场强度与电感近似成一次函数关系。电感增加后，磁场强度下降速度变快。通过外部测量励

6、磁线圈电感值的变化预测放电通道内磁场的变化，便于将推力器的工作点调节回上个状态。监测推力器工作90min内推力器各部位的温度，当基本达到热平衡后，得到推力器各测量点的温度和性能参数，放电电流增大，推力降低，比冲从2442s降低到2317s，效率也相应下降。优化励磁电流后，在100分钟内推力器性能基本不变，保持稳定工作。关键词：霍尔推力器；放电特性；磁安特性曲线；在线磁场测量；磁路温度-I-AbstractAbstractThedeviationofHallthruster’stemperaturefromcoldstatetothermal

7、steadystateismorethan300°C.Whenitisequippedonthesatelliteplatform,thethrusterperformanceparametersmaycreateacertainoffsetcomparedtothatontheground.Thehotstackgeneratedbythemagneticcircuitcomponentscaninfluencethemagneticfielddistributionwithinthedischargechannel,therebycha

8、ngingtheperformanceofthruster.ThecommercialsoftwareANSYSisusedtosimulatetemperaturechange