径向磁场对霍尔推力器性能影响的数值模拟研究

霍尔推力器由于推力密度大、结构简单等特点,在商业航天领域具有广泛的应用前景.为了进一步提升小功率霍尔推力器的性能,克服低轨卫星用小功率霍尔推力器性能受限于输入功率和最大磁场强度的问题,本文利用数值模拟和理论分析方法研究了霍尔推力器放电通道中径向磁场分布对推力器性能的影响.在轴向磁场分布和最大径向磁场强度一定的情况下,通过改变径向磁场梯度实现径向磁场对推力器性能影响的研究.结果表明,在放电参数、推进剂流率以及轴向磁场不变的情况下,加速区的电势随着径向距离的增加而减小.因此,靠近推力器放电通道内壁侧的径向磁场梯度越大,离子沿着轴向漂移到达推力器出口的动能越大,推力器的推力越大.本文的研究结果为霍尔推力器的磁场设计,性能优化提供了理论支撑.     

Isomers of the Cu5 cluster: a density function theory study

In this work,a systematic study of some possible isomer structures of the Cu 5 cluster obtained from density functional theory methods is presented.The polarisation and pseudopotential basis sets are employed in the calculations.The results show that the binding energies,frequencies,coordination numbers and average bond lengths are in reasonable agreement with reported experimental data.Moreover,four isomers of the Cu 5 cluster are obtained according to calculations,in which the most stable configuration is the planar structure.Meanwhile,two three-dimensional structures of the Cu 5 cluster are obtained in this work,which might be valuable for further theoretical and experimental studies.In addition,our study proves the possibility of the isomer structures of the Cu 5 cluster.     

离子推力器推力密度特性

离子推力器推力密度分布对航天器轨道维持和修正具有重要影响.采用粒子模拟-蒙特卡罗碰撞方法模拟束流等离子体输运过程,分析束流多组分粒子喷出数量和速度等微观参数,并计算得到单孔束流推力,结合放电室出口等离子体密度分布,进一步对推力密度分布特性分析,最后开展实验验证.研究结果显示:束流中单价离子、双荷离子以及交换电荷离子的推力贡献比分别为84.63%,15.35%和1.82%,可见推力主要来源于束流中的单价离子和双荷离子,交换电荷离子对推力贡献很小;推力密度分布具有较好的中心轴对称性,从推力器中心沿着径向先快速下降后趋于缓慢;与实验结果对比,经验模型相对误差约为4.1%,数值模型相对误差约为2.8%,相比经验模型,数值模型具有更好的准确性.研究结果可为离子推力器推力密度分布均匀性等优化提供参考.     

密度泛函理论对Cu6团簇异构的研究

使用可视化图形用户界面程序GaussView给出了Cu₆团簇所有可能存在的结构， 用量化计算软件Gaussian03的B3LYP杂化密度泛函和SDD基组对所给结构进行优化， 最终得到了8种Cu₆团簇的异构体。 对所得异构体的结合能和结构进行了分析， 发现结合能和实验值以及理论值符合得很好， 在结构方面其最稳定的是平面三角形结构。 在8种异构中有正五边形等3种结构是首次模拟得到的， 所得结果为以后的理论和实验工作提供了参考。 The possible structure of Cu₆ cluster has been given with the GaussView that is a graphical user interface software. The structure optimization was performed on the B3LYP functional and SDD basic set of the quantum computational software of Gaussian03. And eight isomers of Cu₆ cluster were calculated. The binding energy and the structure of eight isomers have been investigated in detail. The result showed that the value of the binding energy was in reasonable agreement with available experimental data， as well as with other theoretical results， and the most stable structure was the triangle of plane. Three new isomers of the Cu6 cluster have been got in our work， which would be the valuable data for the further theoretical and experimental study.     

空间电推进技术发展及应用展望

我国空间电推进技术已进入成熟和全面应用的新阶段。为进一步促进电推进技术发展, 加速推动空间动力领域技术进步, 采用调研、对比分析的方法, 以功率为划分标准, 重点结合未来空间任务对电推进的应用需求, 针对电推进各技术方向的特点, 从"中、微、超"3个功率区间对空间电推进进行了分类综述。总结了国内外电推进技术的发展现状和存在的不足, 提出了需要攻克的关键难点, 研判了发展的主要趋势, 归纳了存在的共性问题, 提出了未来10年空间电推进技术的发展建议, 供我国卫星用户、总体单位和空间电推进专业技术单位参考。      

20 cm氙离子推力器放电室性能优化

束流离子生产成本和推进剂利用率是表征离子推力器放电室性能的重要参数。在考虑不改变放电室几何结构、磁场分布并保持离子推力器比冲和效率的前提下,利用一维经验分析模型对兰州空间技术物理研究所研制的LIPS-200离子推力器放电室性能进行了优化分析,以实现推力器的推力从40 mN提高到60 mN的目标要求。分析结果表明,提高放电室推进剂流率至2.06 mg/s,放电室内放电电流维持在6.9 A,放电室内平均氙离子密度达到2.1671017 m-3时,可以保证引出1.2 A的束流,推力器达到60 mN的推力。与之对应的推进剂利用率为92%,束流离子生产成本约为188.515 W/A,相比推力40 mN时,推进剂利用率为88%、束流离子生产成本为188.29 W/A的情况,放电室性能有所提高。另外,放电室性能优化过程中其鞘层电位始终保持在3.80~6.65 eV范围内。     

离子推力器栅极透过率径向分布特性研究

栅极系统是离子推力器的主要组件,其透过率特性对推力器的效率和推力具有重要影响.为了进一步优化栅极性能和有效评估离子推力器效率,对离子推力器栅极透过率径向分布进行研究.采用particle-In-CellMonte Carlo Collision数值仿真方法对束流引出过程进行了模拟.分析了屏栅、加速栅以及栅极系统的透过率随栅孔引出束流离子数量的变化关系,结合放电室出口离子密度分布,进而分别得到屏栅透过率、加速栅透过率和栅极系统透过率的径向分布特性,最后进行实验验证.研究结果表明:屏栅透过率径向分布具有中心对称性,在推力器中心有最小值,从中心沿着径向逐渐增大;加速栅透过率径向分布与屏栅透过率变化趋势相反;栅极系统透过率受加速栅透过率的影响很小,其径向分布与屏栅透过率径向分布相近;离子推力器栅极总透过率随着束流增大而缓慢减小.研究结果可为离子推力器栅极优化提供参考.     

霍尔推力器中呼吸振荡激发机理及影响因素

呼吸振荡作为霍尔推力器中的一种低频、大振幅放电不稳定性,对推力器的性能及寿命有严重的影响.本文利用包含了离子径向扩散和电子壁面相互作用的双区“捕食者-被捕食者”(Predator-Prey, P-P)模型,对霍尔推力器中呼吸振荡的激发机理和影响因素开展了研究.研究结果表明,电子与壁面之间相互作用导致的能量耗散对呼吸振荡有抑制作用,而近阳极区的离子径向扩散对呼吸振荡有激发作用.依赖于近阳极区的离子径向扩散强度,模式振荡频率以及放电电流的振荡峰值呈现非单调变化的趋势.此外,在推力器放电通道长度一定的情况下,呼吸振荡的激发与电离区长度的变化无关,而振荡的频率(周期)随着电离区长度的增大而增大(减小).本文的研究结果将为霍尔推力器中呼吸振荡激发机理的认识以及呼吸振荡抑制新方法的提出提供理论支撑.     

Atomic diffusion in annealed Cu/SiO2/Si（100） system prepared by magnetron sputtering

Cu thin films are deposited on p-type Si (100) substrates by magnetron sputtering at room temperature. The inter-face reaction and atomic diffusion of Cu/SiO2/Si (100) systems are studied by x-ray diffraction (XRD) and Rutherford backscattering spectrometry (RBS). Some significant results can be obtained. The onset temperature of interdiffusion for Cu/SiO2/Si(100) is 350 C. With the annealing temperature increasing, the interdiffusion becomes more apparent. The calculated diffusion activation energy is about 0.91 eV. For the Cu/SiO2/Si (100) systems copper silicides are not formed below an annealing temperature of 350 C. The formation of the copper silicides phase is observed when the annealing temperature arrives at 450 C.