霍尔推力器束流分布特性实验研究.pdf

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1、上海航天第29卷2012年第4期AER0SPACESHANGHAI文章编号：1006—1630(2012)04—0049—05霍尔推力器束流分布特性实验研究张乾鹏，康小录，施晨毅，余水淋(上海空间推进研究所，上海200233)摘要：为消除实验设备的影响，获得霍尔推力器羽流的真实特征信息，用在传统法拉第筒前加准直套的方法对推力器羽流进行了实验研究，得到了不同背景压力下离子电流密度的分布。结果表明：改进型法拉第筒能有效屏蔽电荷交换碰撞产生的低能离子，测得的离子电流密度分布更接近实际。关键词：霍尔推力器；羽流诊断；束流分布；法拉第筒中图分类

2、号：TN382文献标志码：AExperimentalResearchonBeamDistributionofHallThrusterZHANGQJan—peng，KANGXiao—lu，SHIChen—yi，YUShui—lin(ShanghaiInstituteofSpacePropulsion，Shanghai200233，China)Abstract：Toeliminatetheeffectoftheexperimentdevicetogaintherealcharacteristicinformationoftheplumeo

3、ftheHallthruster，theexperimentwasstudiedbyusingacollimatorsetbeforethetraditionFaradayprobeinthispaper．Thedensitydistributionoftheioncurrentundervariousbackgroundpressureswasacquired．Theresultsshowedthatthelow—energyIevelioncausedbytheexchangingimpactofthechargewouldbei

4、solatedeffectivelybytheimprovedFaradayprobe．Thedensitydistributionoftheioncurrentmeasuredwasmoreclosetotherealsituation．，Keywords：Hallthruster；Plumediagnose；Beamdistribution；Faradayprobe0引言流离子与背景中性原子问电荷交换碰撞，电荷交换霍尔推力器具有比冲高、推力功率比大、结构简碰撞是指当一个以一定方向快速运动的离子与一个单和可靠等优势，在成为国际上GE

5、O卫星位保任随机低速运动的中性原子发生电荷交换碰撞时，会务的一种标准配置之后，其应用范围正在向其他空产生一个随机低速运动的离子和一个快速运动的中间任务领域拓展l_】]。但它的主要缺点是羽流发散角性原子。由于霍尔推力器羽流中心位置的电势远高较大，可能会对航天器产生不利影响。因此，需在地于边缘处的电势，故碰撞产生的低速离子无足够能面模拟环境对霍尔推力器羽流分布特性进行研究。量克服此电势差，结果远离推力器中心线，导致在远一般，在地面模拟环境进行霍尔推力器羽流分布特离中心线位置处会有低速离子的积累。这时如用传性研究的有效手段之一是应用法拉第筒

6、。传统法拉统法拉第筒进行羽流诊断，会将电荷交换产生的低第筒的缺点有两个：一是法拉第筒电流部分取决于能离子作为束流离子处理，无法甄别电荷交换碰撞真空舱的尺寸和压力，不同真空舱测得的离子电流产生的随机低速离子和束流离子，致使测量结果偏密度不具可比性；二是由于收集极处于负偏置状态，离真实值。会吸引并收集附近区域很多电荷交换碰撞产生的低为在地面模拟环境能有效获得霍尔推力器羽流能离子，使实验结果偏离实际。前者主要是源于束分布特性真实信息，进行了大量研究。在不同工况、不同背景压力下，本文对传统法拉第筒和改进型法拉第筒霍尔推力器羽流诊断进行了实验研

7、究，分收稿日期：201001—08；修回日期：2010—04—15作者简介：张乾鹏(1985一)，男，硕士生，主要研究方向为空间析了改进型法拉第筒在背景压力较高时对霍尔推力推进。器羽流诊断的有效性。上海航天AER0SPACESHANGHAI第29卷2012年第4期1改进型法拉第筒结构和原理电流。计算修正系数时所取的参数为推力器环形放传统法拉第筒由收集极和保护套组成，如图1电室中径27．85mm；推力器中心到法拉第筒收集(a)所示。收集极与保护套间的间隙为德拜长度的极距离468mm；准直套筒前端平面到收集极表面1／5～1／10倍，对羽流

8、进行诊断时，两者处于相同的的距离82．2mm；收集极表面直径23．1mm。根据负偏置电压以排斥电子。改进型法拉第筒则由准直该修正模型，计算不同角度的电流修正系数s，结套和一传统裸式法拉第筒组合而成，如图1(b)所果如图2