磁场强度对霍尔推力器放电特性影响的实验研究

为探索霍尔推力器通道内优化磁场的标准,本文研究了磁场强度对其放电特性的影响规律.通过在保持磁场形貌不变（“聚焦”形）下改变磁场强度的大小,使用朗缪尔探针、光谱仪等测量手段分析了工作于不同磁安特性曲线段的推力器放电特性.研究表明：当磁场强度小于优化值时,电子横越磁场的传导以近壁传导机制为主;反之,当磁场强度大于优化值时,放电电流反常变化,而现有的电子输运传导机制不能解释这种现象.关键词：霍尔推力器磁场强度放电特性     

磁场梯度对Hall推力器放电特性影响的实验研究

为进一步探索Hall推力器通道内磁场优化设计理论,通过实验分析了强场区磁场梯度对推进剂的电离与加速等放电过程的影响. 研究发现,在本实验设计的磁场梯度范围内,磁场梯度大小对推进剂的电离过程影响较小,但是对离子流的加速特性会产生较为明显的影响.随着磁场梯度的增加,离子束的能量分布会趋于集中,推力器效率提高. 最后,对磁场轴向梯度进一步变大可能会引起的一系列物理问题如有限Larmor半径效应、电子传导机理转变规律和梯度漂移效应等进行了分析和思考.     

霍尔推力器磁场位形及其优化的数值研究

基于麦克斯韦方程,在轴对称假设下建立了霍尔推力器磁场的数学模型.用有限差分方法对模型进行了离散.给出了数值求解模型的迭代法.通过对模型的数值求解,得到了相应的数值结果.通过对所得数值结果的分析,研究了磁场线圈电流变化对霍尔推力器磁场位形的影响.通过调整磁场线圈电流的大小找到了理想磁场位形.研究表明,对于理想磁场位形,内通道的磁镜比在3—3.5之间,外通道的磁镜比在0.4—0.9之间;增加磁场线圈的电流,出口的磁场强度随着增加,但不能增加磁镜比.通道内部的磁场强度几乎不随着磁场线圈电流的变化而变化.关键词：霍尔推力器磁场位形磁场线圈电流磁镜比     

一种霍尔效应测量磁场的设计方法

针对大学物理实验中＂霍尔效应法测量磁场＂项目只能测长直螺线管轴线上一维稳恒磁场分布的不足,提出一种设计方法,来测量任一未知稳恒磁场的二维分布,进而可扩展到测量三维分布。可使学生深刻全面理解霍尔效应测磁场的原理及磁场的性质,并可作为设计性实验项目在大学物理实验课中开出,培养学生的创新意识。     

30 cm口径离子推力器磁场设计

为了对30 cm口径离子推力器的磁场设计提出合理建议,研究了四极磁场结构下,不同尺寸的磁极宽度和磁极间距对磁极表面磁场强度和放电室电子约束长度的影响,并利用Maxwell-3D磁场分析软件得到柱段和锥段永磁体分别呈30,60和90夹角时的放电室磁场强度分布,根据不同磁场强度计算了电子温度、离子密度以及电离率等推力器放电参数。结果表明,当推力器放电电压为30 V时,磁极长度设计为0.008 m且磁极间距取为0.12 m,电子约束路径大约为50 m;柱段和锥段永磁体分别呈30,60和90夹角时,放电室磁场等势线基本在0.002~0.005 T之间;永磁体夹角为60时磁场分布和磁空区相比30和90夹角更为合理,此时的电子温度约在2~6 eV,等离子体密度约在41017~81017 m-3,电子碰撞频率比率约在0.2~1.8范围内。     

DH4512型霍尔效应实验仪的参数标定

针对实验教学中存在的问题,在给定霍尔灵敏度的情况下,标定了霍尔电流(Ιs)和励磁电流(IM),并测量了不同情况下的磁场误差。研究表明:磁场稳定位置x=0 mm左右且KH=169 m V/m A时,其Is和IM选取1 m A和100 m A时,误差最小,较为准确,该结论可用于大学物理实验教学。     

离子推力器放电腔数值模拟

为更好地理解放电腔内等离子体物理机制,对Kaufman型离子推力器放电腔进行了数值研究,其中初始电子采用粒子模拟的方法处理,二次电子和离子采用漂移-扩散流体近似描述。模拟结果与已有实验测量数据进行对比表明：所采用计算方法适用于放电腔内等离子体流动规律的数值研究;模拟得到的稳态下等离子体分布及变化规律与实验测量数据相吻合;磁场的设计对初始电子起到显著的约束作用,有效地提高了其与工质气体的电离碰撞几率;二次电子的精确描述还需在流体方程中耦合磁场效应。     

The State of Arts of Hall Thruster

Electric propulsion is broadly defined as the acceleration of a working fluid for propulsion by electrical heating and/or by electric and magnetic body forces. Compared with chemical propulsion, electric propulsion has the characteristic of higher specific impulse, lower thrust, lighter weight and longer lifetime. So electric propulsion is generally suitable for satellite attitude control, the orbit transfer and raising, orbit correction, resistance compensate, position keeping, reposi- tion, space exploration and interplanetary flight.     

A radial non-uniform helicon equilibrium discharge model

Helicon discharges have attracted great attention in the electric propulsion community in recent years. To acquire the equilibrium properties, a self-consistent model is developed, which combines the helicon/Trivelpiece-Gould （TG） waves- plasma interaction mechanism and the plasma flow theory under the confinement of the magnetic field. The calculations reproduce the central peak density phenomenon observed in the experiments. The results show that when operating in the wave coupling mode, high magnetic field strength B0 results in the deviation of the central density versus B0 from the linear relationship, while the density rise becomes flatter as the radiofrequency （rf） input power Prf grows, and the electron temperature Te radial profile is mainly determined by the characteristic of the rf energy deposition. The model could provide suggestions in choosing the B0 and Prf for medium power helicon thrusters.     

Localization length at the conductivity minima of the quantum Hall effect

The quantum localization is known to be responsible for the deep conductivity minima of the quantum Hall effect. In this paper we calculate the localization length as a function of magnetic field at such minima for several models of disorder (“white-noise”, short-range, and long-range random potentials). We find that with the exponent between one and , depending on the model. In particular, for the “white-noise” random potential roughly coincides with the classical cyclotron radius. Our results are in agreement with available experimental data.     

软磁材料磁导率测量实验探索

软磁材料磁滞回线细长,计算精度不高时忽略其磁滞,可定义磁感应强度与磁场强度的比为磁导率。利用霍尔效应实验仪对螺线管加载软磁材料前后一端的磁感应强度进行测量,计算出该端点处的磁场强度即可计算出该种软磁材料的磁导率,实验表明在材料磁饱和后,磁导率迅速降低。     

霍尔推进器中振荡鞘层对电子与壁面碰撞频率的影响研究

利用二维粒子模拟方法研究振荡鞘层对近壁电导的影响.研究结果表明,当二次电子发射系数大于1时,鞘层处于振荡状态.在振荡鞘层状态下,电子与壁面的碰撞通量沿平行与壁面方向剧烈的周期性振荡,振荡的波长为电子静电波波长量级,电子与壁面的碰撞频率高出经典鞘层状态下电子与壁面碰撞频率1—2个数量级,此时的碰撞频率对通道中电流的贡献不可忽略.振荡鞘层相对与经典鞘层增大了电子与壁面的碰撞频率,但是振荡鞘层的存在,仍然会使一部分慢电子无法穿越鞘层的势垒而打到壁面.关键词：霍尔推进器振荡鞘层二次电子     

霍尔推进器中磁化二次电子对鞘层特性的影响

为进一步研究霍尔推进器壁面二次电子发射对推进器性能的影响,采用流体模型数值模拟了二次电子磁化效应的等离子体鞘层特性.得到二次电子磁化鞘层的玻姆判据.讨论了不同的磁场强度和方向、二次电子发射系数以及不同种类等离子体推进器的鞘层结构.结果表明:随器壁二次电子发射系数的增大,鞘层中粒子密度增加,器壁电势升高,鞘层厚度减小;鞘层电势及粒子密度随着磁场强度和方位角的增加而增加;而对于不同种类的等离子体,壁面电势和鞘层厚度也不同.这为霍尔推进器的磁安特性实验提供了理论解释.关键词：霍尔推进器磁鞘二次电子     

真空背压对霍尔推力器放电特性影响的实验研究

真空背压的变化会改变进入霍尔推力器放电通道内的背景气体量,对工质的电离、电子的传导等物理过程产生影响,从而进一步影响到推力器的宏观放电特性.为分析真空背压对推力器放电的影响规律,通过向真空罐输入流量可控的氪气改变真空背压,在不同真空背压下测量通道内原子、离子的发光特性以及出口处离子流的伏安特性.分析结果表明:背景气体返流对通道内工质放电过程具有全局性的影响,提高背压会使通道内的电子温度降低、电离效率降低,并会在通道内形成一个新的电离区,且背压越高,该电离区距推力器阳极越近.