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霍尔推力器磁屏蔽磁场设计及通道结构优化仿真研究
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作者 陈龙 阚子晨 +4 位作者 杨叶慧 段萍 姜博瑞 高维富 崔作君 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期85-97,共13页
高能离子轰击引起的霍尔推力器通道壁侵蚀是限制推力器寿命的重要因素。应用磁屏蔽技术可以有效减轻侵蚀,但推力器性能相较传统结构则可能会降低。为设计合理的磁屏蔽磁场并分析通道长度和壁面布置软磁材料对磁屏蔽效果的影响,采用粒子... 高能离子轰击引起的霍尔推力器通道壁侵蚀是限制推力器寿命的重要因素。应用磁屏蔽技术可以有效减轻侵蚀,但推力器性能相较传统结构则可能会降低。为设计合理的磁屏蔽磁场并分析通道长度和壁面布置软磁材料对磁屏蔽效果的影响,采用粒子模拟的方法,对霍尔推力器通道内的放电过程进行建模仿真,建立并优化了不同通道长度下的磁屏蔽磁场位形,研究了内外壁面不同位置布置软磁材料对磁屏蔽磁场通道放电特性的影响。结果表明:短通道的磁屏蔽位形可以减少壁面侵蚀和提高推力器性能,随着通道长度从30mm缩短至20mm,离子径向速度降低50%,比冲增加7.78%,阳极效率提高9.1%,推力增加8.3%;附加的磁性材料可以有效地优化磁屏蔽磁场位形,当软磁材料位置向放电通道出口移动时,峰值电子温度降低,离子入射角逐渐减小。当软磁材料放置在距离阳极17.5mm处时,推力增加2.9%,离子径向速度和离子入射角均较小,将有效减少壁面侵蚀。 展开更多
关键词 霍尔推力器 磁屏蔽磁场构型 通道结构 软磁材料 数值模拟
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霍尔推力器放电通道低频振荡特性及抑制方法
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作者 陈龙 王迪雅 +3 位作者 陈俊宇 段萍 杨叶慧 檀聪琦 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第17期233-242,共10页
霍尔推力器放电通道低频振荡是影响其性能和稳定性的重要物理现象.本文通过一维流体模型数值研究了霍尔推力器放电电流低频振荡特性及其抑制方法.假设放电通道内满足准中性条件,考虑电子与中性气体碰撞、电子反常传导及电子与壁面碰撞... 霍尔推力器放电通道低频振荡是影响其性能和稳定性的重要物理现象.本文通过一维流体模型数值研究了霍尔推力器放电电流低频振荡特性及其抑制方法.假设放电通道内满足准中性条件,考虑电子与中性气体碰撞、电子反常传导及电子与壁面碰撞频率对电导率的影响,研究了等离子体参数的变化以及磁场、放电电压、原子速度和预电离率对放电电流振荡的幅值及频率的影响.结果表明,在典型工况下,放电通道内电流出现频率约为40 kHz的稳定周期性振荡;随着通道内部磁场强度的增大,电流振荡频率减小,放电电流振幅在较高的磁场强度下随着电压的升高逐渐降低;当预电离率升至4%以上时,电流振幅随电压的升高逐渐降低;通过降低原子速度,升高预电离率,可达到部分或完全抑制电流振荡的效果.模拟结果表明,通过提高通道磁场强度、降低放电电压、提高工质预电离率和调整进气方式以降低原子轴向速度等方式,可有效减弱或完全抑制放电电流的低频振荡. 展开更多
关键词 低频振荡 流体模拟 放电特性 预电离率
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Modeling of magnetized collisional plasma sheath with nonextensive electron distribution and ionization source
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作者 陈龙 杨叶慧 +5 位作者 安宇豪 段萍 孙少娟 崔作君 阚子晨 高维富 《Plasma Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第3期21-31,共11页
The properties of an atmospheric-pressure collisional plasma sheath with nonextensively distributed electrons and hypothetical ionization source terms are studied in this work. The Bohm criterion for the magnetized pl... The properties of an atmospheric-pressure collisional plasma sheath with nonextensively distributed electrons and hypothetical ionization source terms are studied in this work. The Bohm criterion for the magnetized plasma is extended in the presence of an ion–neutral collisional force and ionization source. The effects of electron nonextensive distribution, ionization frequency, ion–neutral collision, magnetic field angle and ion temperature on the Bohm criterion of the plasma sheath are numerically analyzed. The fluid equations are solved numerically in the plasma–wall transition region using a modified Bohm criterion as the boundary condition. The plasma sheath properties such as charged particle density, floating sheath potential and thickness are thoroughly investigated under different kinds of ion source terms, contributions of collisions, and magnetic fields. The results show that the effect of the ion source term on the properties of atmosphericpressure collisional plasma sheath is significant. As the ionization frequency increases, the Mach number of the Bohm criterion decreases and the range of possible values narrows. When the ion source is considered, the space charge density increases, the sheath potential drops more rapidly,and the sheath thickness becomes narrower. In addition, ion–neutral collision, magnetic field angle and ion temperature also significantly affect the sheath potential profile and sheath thickness. 展开更多
关键词 plasma sheath Bohm criterion NONEXTENSIVITY ionization source
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电子非麦氏分布的二次电子发射磁化鞘层特性 被引量:3
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作者 陈龙 孙少娟 +3 位作者 姜博瑞 段萍 安宇豪 杨叶慧 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第24期231-240,共10页
采用空间一维速度三维的磁流体模型研究了电子的非麦克斯韦分布对具有二次电子发射的磁化等离子体鞘层特性的影响.假设鞘层中电子速度服从非广延分布,离子在具有一定倾斜角度的磁场中被磁化.通过建立自洽的磁流体方程,研究了电子非广延... 采用空间一维速度三维的磁流体模型研究了电子的非麦克斯韦分布对具有二次电子发射的磁化等离子体鞘层特性的影响.假设鞘层中电子速度服从非广延分布,离子在具有一定倾斜角度的磁场中被磁化.通过建立自洽的磁流体方程,研究了电子非广延分布参数q及磁场强度和角度对等离子体鞘层玻姆判据、壁面悬浮电势、鞘边二次电子数密度、鞘层厚度、离子速度等的影响.研究表明,当电子速度分布偏离麦克斯韦分布时,非广延参数q值越大,玻姆判据的值越小,壁面电势越高,鞘边二次电子数密度增大,鞘层厚度减小,鞘层区域离子、电子数密度下降加快,且壁面附近离子数密度较高,离子3个方向的速度均降低.此外,随着磁场强度增大,鞘层厚度减小,鞘层区域离子、电子数密度下降加快;磁场角度越大,参数q值对壁面电势、鞘层厚度的影响程度越显著,在超广延、亚广延分布情况下壁面附近离子x方向速度随磁场角度变化呈相反趋势. 展开更多
关键词 非广延分布 二次电子发射 磁化鞘层 玻姆判据
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Study on the characteristics of non-Maxwellian magnetized sheath in Hall thruster acceleration region 被引量:1
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作者 Long CHEN Yuhao AN +4 位作者 Shaojuan SUN Ping DUAN Borui JIANG Yehui YANG Zuojun CUI 《Plasma Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第7期102-111,共10页
The secondary electron emission(SEE) and inclined magnetic field are typical features at the channel wall of the Hall thruster acceleration region(AR), and the characteristics of the magnetized sheath have a significa... The secondary electron emission(SEE) and inclined magnetic field are typical features at the channel wall of the Hall thruster acceleration region(AR), and the characteristics of the magnetized sheath have a significant effect on the radial potential distribution, ion radial acceleration and wall erosion. In this work, the magnetohydrodynamics model is used to study the characteristics of the magnetized sheath with SEE in the AR of Hall thruster. The electrons are assumed to obey non-extensive distribution, the ions and secondary electrons are magnetized.Based on the Sagdeev potential, the modified Bohm criterion is derived, and the influences of the non-extensive parameter and magnetic field on the AR sheath structure and parameters are discussed. Results show that, with the decrease of the parameter q, the high-energy electron leads to an increase of the potential drop in the sheath, and the sheath thickness expands accordingly,the kinetic energy rises when ions reach the wall, which can aggravate the wall erosion.Increasing the magnetic field inclination angle in the AR of the Hall thruster, the Lorenz force along the x direction acting as a resistance decelerating ions becomes larger which can reduce the wall erosion, while the strength of magnetic field in the AR has little effect on Bohm criterion and wall potential. The propellant type also has a certain effect on the values of wall potential,secondary electron number density and sheath thickness. 展开更多
关键词 Hall thruster magnetized sheath non-extensive distribution secondary electron emission
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