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离子推力器三栅极系统的3维PIC仿真
  • ISSN号:1003-6520
  • 期刊名称:高电压技术
  • 时间:2014.10.31
  • 页码:3012-3017
  • 分类:TN386[电子电信—物理电子学]
  • 作者机构:[1]西北工业大学固体火箭发动机燃烧、热结构与内流场国防科技重点实验室,西安710072, [2]大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室,大连116024, [3]中国航天科工集团第九总体设计部,武汉430040
  • 相关基金:国家自然科学基金(51276147;11105023);中央高校基本科研业务费专项资金资助(3102014KYJD005);西北工业大学基础研究基金(NPU-FFR-JC20120201)中国博士后科学基金(2013M541230).
  • 相关项目:微腔放电推进器放电特征的数值模拟及实验研究
中文摘要:

为优化离子推力器中栅极系统设计,采用三维粒子云网格(PIC)仿真方法对三栅极系统等离子体输运过程进行了仿真,并与两栅极仿真结果进行对比,分析了三栅极特有的减速栅对栅极系统内束流分布、电子返流阀值、截止电流和交叉电流阀值、离子通过率和发散角损失等参数的影响。研究结果表明减速栅的主要作用包括:对离子通过率无影响,对截止电流影响不明显,但可大幅减弱甚至消除交叉电流限制问题;对加速栅腐蚀有明显的抑制作用,工作区间内的加速栅电流降低50%;增强了下游区域的径向电场,部分离子会偏离主束流区域,导致发散角损失增大;可改善加速栅孔附近电势分布,对电子返流阀值影响明显,对于1-4A的束电流,仅需-60—50 v的负偏压便可实现对电子返流的抑制。

英文摘要:

To optimize the optics systems of ion thrusters, we simulated a plasma transport process in three-grid systemusing the 3-D particle in cell (PIC) method, compared the results with the simulation of two-grid systems, and discussedthe impact of decelerator grid on the ion distribution, electron reflux threshold, cut-off current threshold, crossover currentthreshold, ion through rate, and divergence loss. Based on the results, the main effects of introducing decelerator grid intothe system were summarized. It is found that introducing decelerator grid does not affect the ion rate but affects thecut-off current, and it greatly reduces or even eliminates the limitation of cross current. Moreover, introducing deceleratorgrid inhibits the corrosion of accelerator grid through reducing the current in accelerator grid current in operating range byabout 50%, and greatly enhances the radial electric field of downstream, which makes ions to deviate from the main beamregion and hence lead to a higher divergence loss. Therefore, the potential distribution around the accelerator grid hole isimproved and the electron backstream threshold is remarkably affected: for a beam current of 1-4 A, a negative bias vol-tage of only -60--50 V can realize the suppression of electron backstream.

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期刊信息
  • 《高电压技术》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:国家电力公司
  • 主办单位:国网武汉高压研究院 中国电机工程学会
  • 主编:郭剑波
  • 地址:湖北省武汉市珞瑜路143号
  • 邮编:430074
  • 邮箱:hve@whvri.com
  • 电话:027-59835528
  • 国际标准刊号:ISSN:1003-6520
  • 国内统一刊号:ISSN:42-1239/TM
  • 邮发代号:38-24
  • 获奖情况:
  • 历届电力部优秀期刊,历届湖北省优秀期刊,中国期刊方阵“双效”期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),波兰哥白尼索引,荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:35984