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《霍尔推进器放电等离子体的数值模拟研究与发展_赵杰.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、上海航天36AEROSPACESHANGHAI2008年第2期文章编号:1006-1630(2008)02-0036-06霍尔推进器放电等离子体的数值模拟研究与发展赵杰,唐德礼,汪礼胜(核工业西南物理研究院,四川成都610041)摘要:阐述了霍尔推进器的工作原理。介绍了等离子体模拟中的流体、粒子和混合三种模型,以及粒子模型中直接蒙特卡罗模拟(DSMC)、等离子体模拟(PIC)和PIC/DSMC混合模拟方法。给出了一维流体模型的假设条件和控制方程、DSMC的空间迭代和时间步进两种求解方法,以及PIC、PIC/D
2、SMC混合法与典型二维混合模型的建立过程。讨论了三种模型的适用条件、局限性,以及发展趋势。关键词:霍尔推进器;流体模拟;粒子模拟;流体与粒子混合模拟;直接蒙特卡罗模拟;等离子体模拟中图分类号:TN382文献标识码:ANumericalSimulationofDischargePlasmainHallThrusterZHAOJie,TANGDe-li,WANGL-isheng(SouthwesternInstituteofPhysics,ChengduSichuan610041,China)Abstract:T
3、heprincipleofHallthrusterwasintroducedinthispaper.Thethreemodelsoffluid,particleandfluid-particlehybridusedinplasmasimulationwerepresented,andsowerethedirectsimulationMonteCarlo(DSMC)method,particle-in-cell(PIC)methodandPIC+DSMCmethodgivenout.Thehypothesisa
4、ndcontrolequationin1-Dfluidmodel,thetwosolutionsinDSMCthatwerespaceiterationandtimestep,andthemodelestablishingprocessofPIC,PIC+DSMCandtypical2-Dhybridmodelwerealsoillustrated.Theappliedconditions,limitationanddevelopmenttrendofthethreemodelswerediscussedat
5、last.Keywords:Hallthruster;Fluidsimulation;Particlesimulation;Hybridsimulation;DirectsimulationMonteCarlomethod;Particle-in-cellmethod;0引言公司的MBSAT通信卫星用SPT承担南北位置保[1]作为电推进的一种,霍尔推力器主要可分为稳持。国内对SPT,TAL也正在进行研究和试验。态等离子体推进器(SPT)和阳极层推进器(TAL)两霍尔推力器虽已有广泛应用,但其设计标准还种。霍尔
6、推进器的比冲和效率虽低于离子推力器,主要基于测试试验。目前,霍尔推力器设计还需提但其比冲(9800~29400N#s/kg)处于近地航天高推进效率、降低腐蚀率和抑制振荡等。其中:推力器控制所需的最佳比冲范围内,且不存在空间电荷器壁的腐蚀是限制推力器寿命的主要因素,局部等限流,故推力密度高于离子推进器,体积也较小。目离子体密度、电子温度和鞘层电势降等都会影响腐前,霍尔推力器已广泛应用于各类卫星。如,1998蚀率。霍尔推进器供电为直流电源,但在工作过程年小功率TAL推力器在美STEX卫星上成功进行中观察到大范围的
7、电流自激振荡。相对等离子体的了首次空间飞行试验,这是霍尔推进器的第一次空数兆赫兹高频振荡而言,千瓦级推进器的振荡频率[2、3]间飞行试验;2003年欧空局发射的Smart-1月球探为10~100kHz属低频振荡。低频振荡的幅值测器配备了PPS-1350霍尔推进器;2004年美洛马较大,会对航天器的电源产生不利影响,并降低霍尔推力器的效率和比冲,甚至导致发动机熄火。收稿日期:2007-01-15;修回日期:2007-02-01为改进霍尔推进器设计和优化推力器的性能,基金项目:国家自然科学基金(10675040)
8、建立可靠的物理模型非常重要。目前,已有大量的作者简介:赵杰(1980)),男,硕士生,主要研究方向为离子源、低温等离子体及其应用。研究报道。如文献[4、5]建立了一维完全流体模型,2008年第2期赵杰,等:霍尔推进器放电等离子体的数值模拟研究与发展37模型一般基于准中性假设,将电子、离子和中性粒子SPT是一种线性霍尔推进器,其加速通道深度作为流体处理;文献[6]给出了一维或二维瞬时混合大于宽度,通道
