霍爾推力器壁面材料二次電子發(fā)射模型及鞘層特性研究.pdf

1、霍爾推力器是一種將電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的先進(jìn)電推進(jìn)裝置，因其具有高效率、高比沖等優(yōu)點(diǎn)而廣泛適用于航天器的軌道提升、位置保持等空間推進(jìn)任務(wù)。推力器通道內(nèi)的等離子體和絕緣壁面材料碰撞時(shí)會(huì)在壁面附近形成鞘層。鞘層的厚度在德拜長(zhǎng)度量級(jí)，因其尺度較小，不易用實(shí)驗(yàn)測(cè)量。而鞘層對(duì)推力器的放電效率、推力等性能具有重要影響。因此，深入研究不同壁面材料的鞘層特性對(duì)提高霍爾推力器各項(xiàng)性能指標(biāo)具有重要意義。
　　本文針對(duì)霍爾推力器放電通道中電子打到壁面發(fā)生彈性

2、反射的情況，改進(jìn)了壁面碳化硅和石墨材料的二次電子發(fā)射模型，數(shù)值研究了二次電子能量分布隨入射電子溫度的變化規(guī)律。結(jié)果表明:改進(jìn)后的二次電子模型與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合得較好，且出射電子流具體分布與實(shí)際物理規(guī)律一致。在改進(jìn)的二次電子發(fā)射模型基礎(chǔ)上，根據(jù)放電通道具有軸對(duì)稱(chēng)的幾何特點(diǎn)，建立二維物理模型，確定邊界條件，采用粒子模擬方法研究了四種壁面材料（氮化硼B(yǎng)N、碳化硅SiC、石墨C和三氧化二鋁Al2O3）的鞘層特性。結(jié)果表明:在相同電子溫度下，C、BN

3、、SiC和Al2O3壁面材料的二次電子發(fā)射系數(shù)依次增大;在鞘層0到5德拜范圍內(nèi)， BN、SiC、C和Al2O3鞘層電子數(shù)密度大小相同，均維持在同一個(gè)穩(wěn)定值，而在鞘層0到5德拜范圍內(nèi)，電子數(shù)密度和鞘層電勢(shì)均朝壁面方向下降，且在壁面附近達(dá)到各自的最小值。
　　針對(duì)霍爾推力器常用的BN壁面材料，數(shù)值研究了鞘層內(nèi)電子與壁面的碰撞頻率以及近壁傳導(dǎo)電流的分布規(guī)律。結(jié)果表明:電子與壁面的碰撞頻率與鞘層內(nèi)電子數(shù)密度成正比;隨著電子溫度升高，電子與