韩先伟[1]2002年在《微波等离子推力器真空实验研究与卫星应用探索》文中提出电推进(EP)具有比冲高、寿命长、控制精度高等优点，可完成多种空间任务。经过五十多年的研究，EP在航天器上的应用已越来越广泛。微波等离子推力器(MPT)是一种电热型推力器。本文在MPT地面原理样机的基础上，进行了MPT真空实验系统建设、真空试验和卫星应用探索。具体叙述如下： 1．完成了MPT真空实验系统的设计、加工、安装和调试。系统包括真空子系统、虚拟仪器测控子系统、小推力测量子系统、推进剂贮存供应子系统和MPT实验样机。本人主持完成了真空子系统建设，参与了其它子系统建设，完成了全系统调试。真空实验系统工作稳定，工作真空度为1.0Pa～10.0Pa，基本实现了MPT真空实验的自动化、信息化和数字化，为MPT真空实验研究提供了基础。 2．在MPT地面实验的基础上，在国内首次进行了MPT在真空条件下的启动、稳定工作特性研究，并进行了性能估算。研究了影响MPT启动和稳定工作的主要因素和规律。实验研究表明，在真空环境下，对于推进剂工质Ar、He、N_2、H_2和空气启动可靠。Ar最容易启动，N_2次之，He最难；微波功率越大，越容易启动；并且在一定真空度范围内最容易启动。Ar最佳工作比功率为4.0MJ／kg，He为30MJ／kg。在设计状态下，对于He，100W MPT的比冲为5758.3m／s，效率为55.4％；1kW MPT的比冲为6107.6m／s，效率为57.1％。对于Ar和He，在长时间稳定工作过程中各项参数(P_(in)、q_m、F、p_(res))稳定。 3．通过GEO卫星轨道动力学分析，建立了卫星总体和各子系统的数学模型。采用遗传算法(GA)对MPT用于GEO的OT和NSSK进行了系统和任务优化计算。优化方法具有通用性，对使用EP的GEO卫星的OT和NSSK也能应用。这种探索在国内为首次，对MPT进行这样详细的探索，在国外资料中也未发现。优化计算表明，当采用4台1000W MPT实施OT，4台100W MPT完成NSSK，推力弧段η=60°时，变轨时间为165d，1kW MPT累计工作1322h，有效载荷可增加86％，即转发器的个数可由24个增加到44个，增加83％。 通过研究表明，MPT具有比冲适中、效率高、寿命长、羽流污染小、结构简单和重量轻的特点。与其它EP相比，MPT实现GEO卫星的OT和NSSK具有自身优势，是一种具有竞争潜力的电推进之一。同时，MPT也可用于低轨道(300～500km)航天器的大气阻力补偿，星际航行航天器的主推进，以及星座和小型卫星的编队飞行和精确定位等，具有广阔的应用前景。
宋军[2]2004年在《不同工质对MPT启动与稳定工作影响的研究》文中指出近年来，随着对航天器推进系统性能要求的不断提高，电推进以其独有的优势引起了航天界的兴趣和重视，并越来越多的被应用到空间任务中。微波等离子推力器(MPT)是一种新型的电热型推力器，它具有比冲高、寿命长、羽流污染小等优点，具有广阔的应用前景。 目前，主要的电推力器都进行了不同工质的实验研究，对工质的优化选择直接决定了MPT的性能和应用前景。本文对不同的推进工质进行MPT点火启动实验及真空稳定工作实验研究，并对结果进行分析、比较和研究，最终为MPT工程应用寻找最合适的推进工质。 论文的工作和新见解主要包括： 1 在设计状态和工作状态下，根据MPT的实验参数，对MPT使用不同工质时的性能进行了工程估算，这对MPT现阶段的实验研究和今后的研究有重要的指导意义； 2 对于He、Ar推进工质，讨论微波的接头材料、探针与内导体的间隙、内导体的位置、微波的输入功率、工质的质量流量以及环境真空度对MPT真空启动和稳定工作的影响，并探讨微波的输入功率、工质的质量流量对谐振腔压强、推力、反射功率以及谐振腔温度的影响； 3 对于N_2、H_2、NH_3、H_2O推进工质，主要讨论与He、Ar工质不同的特性，并从长远的眼光和工程应用的角度，认为其可行性不容置疑，潜在优势不可忽略，是未来MPT应用的主流推进工质。 研究表明，对于MPT的探索性研究，He、Ar是两种适宜的推进工质，启动方便、工作稳定，特别有利于MPT的早期研究；但是从长远的眼光和工程应用的角度，N_2、H_2、NH_3、N_2H_4以及H_2O等作为MPT的推进工质，其潜在优势令人鼓舞。
唐金兰[3]2002年在《微波等离子推力器谐振腔的数值模拟与小推力测量实验研究》文中进行了进一步梳理微波等离子推力器(Microwave Plasma Thruster—MPT)是一种新型的在研电热推进装置。在航天飞行器上有广阔的应用前景。本论文对MPT微波等离子体耦合流场进行了机理分析和数值模拟，建立了MPT的小推力测量系统，协同进行了MPT真空环境实验研究。主要工作如下： 1．分析了MPT谐振腔内微波能量的转换过程，揭示了其内等离子体的形成是由MPT启动初期的强电场电离形成放电区过渡到稳定工作期的热电离形成稳态等离子体区这一物理本质；研究了影响MPT稳定工作的主要因素，指出微波有效功率与谐振腔内气体压强的匹配是维持等离子体稳定、避免等离子体消失、放电区熄灭的关键因素。 2．采用时域有限差分(FDTD)法数值求解Maxwell方程，分析了MPT无加载谐振腔内的电磁场特性。对TM_(011)模，分析了隔板对谐振腔内电磁场分布及谐振频率的影响；对TEM模，分析了内导体形状、位置对谐振腔内电磁场分布的影响；以及它们对启动和稳定工作的影响。 3．采用FDTD法求解Maxwell方程、有限体积法求解N-S方程、单温度局域热平衡模型求解等离子体参数，首次用全数值方法对MPT谐振腔进行了微波等离子体耦合流场的数值模拟，分别分析了TM_(011)和TEM两种模式各自的参数匹配关系及其对微波等离子体流场的影响；应用于小型化MPT时，指出了小型化设计参数的合理选取，即：小型化后的MPT，喉径小、工质流量小，消耗的微波功率也小。 4．采用无护套的金属软波导管作为微波传输系统的弹性连件、天平式电磁反馈自动补偿的小推力测量装置，成功地实现了MPT自重与其产生的推力分离、解决了微波传输电缆对MPT小推力测量干扰的关键问题，在实现MPT小推力测量的实际应用中提高了测量精度和稳定性。 5．在国内首次进行了MPT真空环境启动、稳定工作特性和性能实验，测取了MPT的性能参数曲线，研究了微波功率、工质气体流量等参数对MPT性能的影响。
刘俊平[4]2006年在《低功耗MPT谐振腔改进设计与实验研究》文中研究说明微波等离子推力器(MPT—Microwave Plasma Thruster)是一种新型的在研电推力器,具有很好的发展前景。在MPT中,微波谐振腔是工质吸收与转换微波能量的重要场所,它的功能和化学推进的燃烧室一样。因此研制出一个高性能的谐振腔对于整个微波等离子推进系统是至关重要的。 本文的研究工作是在原有MPT谐振腔的基础上开展的。原有谐振腔实现了MPT的小型化,使得MPT向工程应用研究更迈进了一步。其结构简单,对电源功率要求不高(≤100W),微波泄漏小,能够在地面和真空下点火启动,并能够在多种工质下工作。从以往的实验中发现,原有谐振腔的点火启动还不是很可靠,工作效率也不够高,本文主要针对此两点,首先从集中电容型同轴谐振腔的特点入手,利用传输线理论和波导理论对集中电容型同轴谐振腔的电磁场及其等效电路进行分析,对这种谐振腔的能量转换、谐振条件、激励方式、阻抗匹配和品质因数进行了分析和讨论。然后考虑激励探针以及内导体对场分布的影响,利用电磁场理论、微波电路设计以及机械设计等方面的知识,对微波谐振腔的结构进行改进设计计算,包括谐振腔腔体材料的选取、主要结构尺寸的确定、激励方式的选择、激励装置的设计、观察窗和喷管设计以及其他一些结构的设计,获得了合理的谐振腔结构形式。 最后分别在地面环境和真空环境下对比旧谐振腔进行了点火启动和效率分析实验,以此来验证新谐振腔的性能。实验表明,对旧谐振腔的所作的改进是有一定成效的,新谐振腔保证了MPT点火启动的可靠性,在一定程度上提升了MPT谐振腔的能量吸收效率。
杨花芳[5]2007年在《100W微波等离子体推力器固态源研制与效率分析》文中提出近十几年来，随着对航天器推进系统性能要求的不断提高，电推进以其独有优势引起了航天界的兴趣和重视，并且越来越多地被应用到空间任务中。微波等离子推力器(MPT)是一种电热型推力器，它具有比冲适中、寿命长、羽流污染小等优点，具有广阔的应用前景。固态源作为MPT的能量供给单元，是MPT关键部件之一，其效率高低也是衡量MPT总体性能的重要标志。 目前实验室现有的MPT微波源体积大、重量重，对MPT研究和性能提高起着制约作用。本论文在原有微波源的基础上，通过理论分析和实际设计，利用半导体器件研制出体积小、重量轻的100W MPT固态源，并在试验基础上对MPT系统效率进行了分析和估算。 本文的主要见解和工作为： 1、利用微波器件、电路、微波等有关知识，对固态源各组成部分进行了分析、比较和选取，确定了固态源的实现方案。微波发生器采用频率比较稳定的石英晶体振荡器，频率合成采用集成锁相环和分频器来完成，功率放大器采用了稳定性、性能较好的场效应管，固态源冷却采用了密闭水循环系统。 2、详细介绍了辅助微波器件的原理和性能，对电路和电路板进行了介绍、MPT选择，在此基础上研制出了符合要求的固态源实物，并对固态源进行了调试、标定和负载试验，解决和分析了实验过程中出现的一些问题和现象，并对实验结果进行了分析说明。 3、利用微波、电路及谐振腔等知识，分析了MPT系统微波传输效率，指出了固态源效率和MPT谐振腔耦合效率是影响MPT系统整体效率的主要因素之一，最后结合实验数据估算出MPT实际工作效率约为27％左右。 经过较长时间验证，研制的固态源能长时间稳定、可靠工作，性能良好，表明研制的固态源是可行的，另外MPT效率分析初步给出了影响效率的一些因素，这些都为进一步提高MPT性能奠定了基础。
邹存祚[6]2017年在《电子回旋共振等离子体推力器电磁仿真与实验研究》文中提出电子回旋共振(Electron Cyclotron Resonance,ECR)等离子体是一种密度高、温度低、在低气压下形成的磁等离子体。电子在磁场中绕磁力线做回旋运动,当入射微波功率的频率与电子回旋角频率相等时,便产生电子回旋共振效应。在低气压10-1Pa条件下,电子回旋共振等离子体密度理想情况可达1017～1019m3量级,在电子回旋共振效应区域电离率极高,其双极电场效应和磁喷管原理可加速等离子体喷出而产生推力。电子回旋共振等离子体推力器(Electron Cyclotron Resonance Plasma Thruster,ECRPT)作为一种新型的电磁式推力器,对其工作原理的研究是必要的。本文根据国内外已有的宝贵研究经验及电推进相关理论,分析总结了电子回旋共振等离子体推力器涉及的放电、传输理论以及加速机制,开展了放电腔室内等离子体物理特性参数的模拟计算工作,设计出电子回旋共振等离子体推力器原理样机,利用大连理工大学电推进实验室的高真空电推进实验平台进行实验,观察其放电现象。本文具体研究内容如下:相比于传统化学推进,先进化学推进和若干种先进的空间推进技术在性能指标已经遥遥领先,在本论文中详细阐述了各推进技术特点,重点强调了电推进技术相比于其他推进技术的长处和潜力,进而引出电子回旋共振等离子体推力器的特性以及在电推进中的广阔应用前景。叙述了电子回旋共振等离子体推力器的工作原理,包括电子回旋共振效应与磁喷管理论,并详细概括了电子回旋共振等离子体推力器羽流区的探针诊断理论。采用COMSOL Multiphysics有限元仿真软件,建立了放电腔室的静磁场模型和微波电磁场模型,利用分离变量法的思想,通过改变相应参量,模拟计算出放电腔室内部电子数密度、电子温度以及碰撞功率损耗不同的空间分布情况。在大连理工大学电推进实验室高真空电推进实验平台搭建实验。分别在改变不同实验条件下观察不同的放电效果,并得出在本文设计实验条件下随着工质气体质量流量增大和微波入射功率增大,电子获得的能量越多,与中性粒子碰撞后使得更多中性粒子电离,电子数密度越大的结论。最后应用朗缪尔单探针对电子回旋共振等离子体推力器羽流区做探针诊断,得出相应的等离子体伏安特性曲线和等离子体参数值。
杨乐[7]2007年在《脉冲等离子体推力器工作过程理论和实验研究》文中认为电推进装置以其优越的性能广泛应用于空间飞行任务。脉冲等离子体推力器(Pulsed Plasma Thruster,PPT)是一种比冲高、功耗低、结构简单、重量轻的电磁推力器,可应用于微小卫星的位置保持、姿态控制、编队飞行等任务,成为当前国际上电推进研究的热点之一。通过理论分析、实验研究和数值模拟等多种手段,本文系统研究了平行板电极固体推进剂PPT的工作过程,分析了影响推力器性能的因素,探讨了提高推力器性能的途径。建立了PPT实验系统,包括模拟航天器飞行条件的真空系统、PPT微推力测量系统以及放电参数测量系统等。详细分析了各子系统的技术要求、指标与特性。采用电磁灭甲结构研制了微推力测量装置,解决了PPT研究中推力测量的关键技术问题。采用机电模型对PPT的性能参数进行了预估,针对不同电参数(电容器容量、初始电压、电路电阻、电子温度等)和结构参数(电极间距、电极宽度及推进剂烧蚀剖面高宽比)进行了计算分析,研究了这些参数的变化对推力器性能的影响。研制了一种平行板电极尾部馈送型PPT,在不同工况下对推力器进行了点火实验,测量获得了放电电流和电压波形、脉冲平均烧蚀质量、平均推力等工作参数,计算得到了不同工况下元冲量、比冲、推力效率等性能参数,分析了不同电参数和结构参数对推力器性能的影响。实验研究表明:在相同的放电能量情况下,采用小容量电容器、提高电容器初始电压可以有效提高推力器元冲量、比冲和推力效率;在合理的范围内增加电极长度可以提高推力器元冲量、比冲和推力效率;在相同的放电能量下,降低推进剂烧蚀剖面面积有利于提高比冲和推力效率;对于相同的烧蚀剖面面积,提高推进剂的高宽比,元冲量、比冲和效率都会提高。以局部热力学平衡和等离子体宏观电中性为基本假设,建立了基于磁流体动力学(Magnetohydrodynamic,MHD)的PPT工作过程一维非定常数学模型。模型描述了PPT内部多种重要的物理机制及其相互间的耦合作用,反映了对流和扩散产生的物质、能量和动量的输运、洛伦兹力的作用及欧姆加热、磁场扩散等物理过程。对理想MHD方程进行了特征分析,推导了其特征矩阵,采用二阶MacCormack显式格式对带欧姆加热源项的MHD方程组进行了求解。数值计算表明:电离气体主要来自于脉冲前期,经洛伦兹力加速后获得高的喷射速度,是推力的主要来源;在一次脉冲周期内,推力器放电结束后,推进剂烧蚀表面温度较长时间仍处在Teflon分解温度之上,导致推进剂的滞后蒸发,是PPT推进剂的利用效率及推力效率低的主要原因。
张志远[8]2015年在《稳态等离子体推力器叁维羽流流场及其污染效应研究》文中提出稳态等离子体推力器(Stationary Plasma Thruster,SPT)是目前发展最好、在轨应用最多的一种电推进系统,它依靠磁场束缚电子形成虚拟阴极,进而产生静止交叉的电场和磁场,这个电磁场可以将来自于外置阴极的电子与中性推进剂原子碰撞并电离后的离子加速到传统化学推力器出口速度的5-10倍。这使得其比冲远高于化学推力器,在深空探测主推、卫星南北位保持和姿态控制等方面具有广阔的应用前景。目前,SPT推力器已经成功用于100多颗包括通讯卫星在内的多种卫星,俄罗斯采用SPT的卫星最多,其次是美国和欧盟,我国也已经实现了SPT应用的在轨测试。SPT推力器的高比冲有可能为航天器的商业运营带来巨大利益,同时,其小推力和易操作等特点也为航天器姿态的精确控制提供了重要手段。因此,发展SPT具有重要的科学、技术与工程价值。虽然国外对SPT的相关研究已持续进行了四十多年,在轨应用也有二十年之久,但由于SPT工作过程非常复杂,为改进和提高SPT的性能以及解决应用中发现的一些新问题等,对SPT的研究目前仍然是电推进技术领域的一个重要方向。目前的研究热点之一是SPT等离子体羽流与航天器之间的相互作用及其效应,这包括了附加热、附加力和力矩、溅射和沉积污染以及在绝缘表面(如太阳能电池板等)形成更严重的悬浮电势和表面电流等。这些问题虽然在SPT应用之初就存在,而且一些学者在不同时期对此也进行过研究,但鉴于当时的计算和实验条件,尤其是现在对应用SPT的要求越来越高,使得有些问题更加凸显。例如,目前使用的SPT都配备一个供电单元,NASA则倾向于采用太阳能电池板(Solar Array,SA)直接驱动SPT,这样可以大大降低SPT系统的重量。这就要求电池板的供电电压从目前的30V左右提高到SPT需要的电压,甚至高达500V。由此,使得溅射和沉积污染、表面浮动电势和表面电流的影响、甚至电池板的过热问题都远比以前严重。论文针对SPT稀薄等离子体羽流流场及其产生的溅射等多种污染效应,开展实验测量和数值模拟研究,以期掌握电推力器与航天器的兼容性。为此,建立了叁维PIC-DSMC混合算法模型及多种潜在污染模型,采用Fortran语言编制了计算代码,为了提高计算效率,实现了基于GPU的CUDA并行技术。将SPT羽流实验测量结果与二维计算结果进行比较,电子数密度相对误差不大于14%,离子电流密度最大相对误差不大于15%,羽流速度相对误差不超过12%,表明论文建立的羽流模型和计算方法具有一定的可信度。为了了解掌握SPT等离子体羽流与航天器表面之间的相互作用关系,除了需要知道单位时间内进入流场的离子、推进剂原子和电子的参数外,还需要知道被溅射出来的绝缘材料原子参数,这是计算羽流流场以及离子撞击壁面产生的溅射效应等的输入条件之一。为此,建立了SPT短时间工作后测量被溅射掉的陶瓷原子平均数量的真空舱实验系统和方案,并改进了以往的半经验算法。利用真空舱内工作较短时间后的SPT,结合叁坐标测量仪测量其放电室陶瓷绝缘层内外壁面轮廓的直径沿轴向的变化情况,获得了在测量时间内单位时间被溅射出来的陶瓷原子数量。测量结果表明,在实验期间,每秒每毫米长度陶瓷约有3×1013个原子进入流场。由于被溅射原子数量随SPT工作时间而变化,为了获得任意时间段内的参数,利用概率密度公式对文献半经验公式法进行了改进,验证结果表明改进后的模型和算法能够在短时间工作测量结果基础上较为准确地预测长时间工作后放电室壁面轮廓形状。例如,内外壁面最大绝对误差不超过0.51mm。采用1000小时短时间实验数据作为输入参数,预测4000h运行后SPT放电通道的壁面变化,内壁面平均相对误差为1.93%。在此基础上,可以得到任意时间段内推力器进入流场的陶瓷原子数。溅射产额是评估SPT羽流与航天器表面溅射效应的重要参数。采用SPT作为离子源,利用本文改进的法拉第筒和RPA探针,分别获得试件安装位置处的等离子体电流密度和能量;设计了与SPT放电室陶瓷绝缘层完全相同的材料试件、支撑系统和石墨束流盘,采用称重法获得了试件的溅射产额特性,该实验方案的优势在于一次实验可以测量多种材料试件或同种材料试件多个角度下的溅射特性。为了克服单纯依靠实验测量耗时耗钱且更低能量的离子溅射实验测量误差会陡然增大的缺点,利用实验结果,结合基于蒙特卡罗(MC)方法,较为详细地研究了入射离子能量低于300e V时,入射角度和能量对SPT放电室壁面材料溅射产额的影响规律。研究结果表明,实验测量结果在趋势上与文献相关结果一致,但由于我国自产陶瓷(BNSi O2)材料与国外有所不同,因此,在具体数值上有一定的差别。针对航天器壁面主要材料Fe和Si,对其溅射特性进行了数值模拟,获得了溅射模型需要的参数,为后续羽流污染计算提供基础。溅射特性计算表明,溅射产额随离子入射角度先增大后减小,而随入射离子能量则呈现增大的趋势,但当能量小于100e V时,溅射产额逐渐趋于一个非常小、可以忽略的数值。在上述工作的基础上,针对将应用于我国某型号航天器的SPT-100推力器,研究了其羽流叁维流场特性,并对该航天器表面的热、力和力矩以及溅射和污染等现象进行了分析。结果表明,等离子体羽流引起的热流密度最大值出现在SPT底座,为329W/m2;附加力绝大部分数值都处于10-7N量级左右;附加力矩最大值在10-6Nm左右;SPT连续工作2000h后,太阳能电池板的最大沉积量达到10-5g/cm2,厚度大于10μm;溅射量则为1.2×10-5g/cm2;电池板表面光洁度的破坏会影响太阳光到达表面的角度,从而降低性能。SPT等离子体羽流场会导致某些固体壁面产生悬浮电势和表面电流,论文在叁维羽流流场模拟的基础上,针对太阳能电池板,建立了悬浮电势和表面电流的计算模型,并研究分析了电池板电压的影响。结果表明,在给定的计算条件下,浮动电位大约处于-30V~-40V之间,所导致的表面电流小于10m A/m2,同时,电池板和羽流结构之间的相对位置,对浮动电位和表面电流影响很大。因此,在确定SPT工作策略时,必须考虑太阳能电池板所处的方位。
屈昆[9]2002年在《基于虚拟仪器技术的MPT测量系统》文中研究指明电推进技术具有很大的潜力，已经引起学术和航天工业界的兴趣和重视，并且越来越多地被应用到空间任务中。电推进研究室为了对微波等离子推力器(MPT)进行进一步的实验研究，对原有的实验系统作改造以满足需求。 由于目前实验研究在实验对象、测量参数、测量状态等方面具有很大的不确定性，因此需要保证实验系统功能的灵活性和可扩展性的要求。而以功能灵活、扩展能力强、组建方便、成本低廉为特点的虚拟仪器技术正好可以满足这方面的需要，因此新的实验系统采用虚拟仪器技术构造。 本文完成的工作有： 1．以一台个人计算机为核心，AT-MIO-16E-10多功能数据采集卡为数据采集设备，配合外部传感器和仪器进行数据采集和控制，构建了测量系统硬件。 2．同时本文在分析了传统测试软件的缺陷，指出其缺乏数据管理或者实验工程管理，无法满足规模较大、较复杂的实验研究需要以后提出了在测试软件中集成实验工程管理的概念和实现的方法，并以此为基础将数据采集技术、数据库技术和OLE技术结合，采用Labwindows／CVI、Powbuilder、Acess20000和Excell2000为软件平台，设计实现了集测试、实验工程管理和数据管理一体化的虚拟仪器软件，在测试软件结构方面作了有意义的探讨和尝试。 3．使用开发成功的MPT虚拟仪器测试系统进行了MPT的真空和大气条件下启动点火热试，以He气和Ar气为工质测得了大气环境和真空环8种状态下MPT稳态运行的数据。这些数据表明He气的反射功率有明显的极小值，而对于Ar气，反射功率则随着流量增加而单调减小；随着入射功率增大，He的最小反射点对应的流量增大。实验还发现功率条件接近时，He气在真空环境和大气环境下的反射功率有所不同，这可能是由于谐振腔外部尾流形状及其电子浓度分布受到环境压力影响而改变，从而间接影响了谐振腔的电磁特性之故。 实验证实MPT虚拟仪器测试系统设计是可行的，为进一步工作打下了基础。
苏纬仪[10]2005年在《磁场增强型微波等离子体推力器流场的数值研究》文中研究说明微波等离子体推力器(MPT)属于微波电热推进器。MPT比冲适中、推力范围大、无电极烧蚀、工质无污染,在许多空间任务中应用前景广阔。 MPT的性能还有进一步提高的可能。日本在采用外加磁场来改善等离子体对壁面的热损失方面展开过一定的数值研究,结果表明一定的外加磁场能提高电弧推力器性能;美国也进行着磁流体力学推进MHD Accelerator的研究,MHDAccelerator比冲达到1400s以上;另外,采用微波为能源的ECR离子推力器比冲也达到2920s。和这些以微波为能源的等离子体推力器相比,电热型MPT比冲偏低,其性能还有进一步提高的可能性; 本文采用了的理论和数值研究的方法,探索了采用外加磁场改善MPT性能的可能性。主要工作如下: ①研究了非平衡态和平衡态、冷等离子体和热等离子体对微波能量的吸收机理,论证了外加磁场提高MPT性能的可能性; ②用SIMPLER算法对MPT谐振腔内流动和传热进行了二维数值计算; ③用时域有限差分法,对同轴谐振腔电磁场进行了二维数值计算; ④运用动力论知识推导了MPT内等离子体的电导率:对MPT谐振腔内等离子体、电磁场和流场进行了耦合计算。 理论分析和数值研究表明: ①当压力的影响可以忽略时,谐振腔内的等离子体是冷等离子体。外加磁场的冷等离子体对电磁波存在着多种振荡吸收机制,工作在这种状况下的推力器有很宽的工作范围; ②当微波等离子体推力器谐振腔内部的等离子体工作在冷等离子体状态时,外加磁场能大幅度提高冷等离子体对微波的吸收功率; ③电导率是影响热等离子体、电磁场和流场耦合计算结果的主要因素。成功进行热等离子体、电磁场和流场耦合计算的关键是构建一个合理的电导率迭代算法,使得流场和电磁场都能合理地感受到电导率的影响; ④电磁场对流场影响主要通过焦耳热作为能量源提高流场的温度,并造成气体工质放电形成等离子体。在热等离子体、电磁场和流场耦合计算中,可以忽略流场N-S方程中洛仑兹力,而不会对流场的速度造成太大的影响; ⑤当谐振腔内气压高达2atm时,随着外加磁场增加,谐振腔内径向电场减小,轴向电场增加,磁场值不变; ⑥当谐振腔内气压为2atm时,外加强磁场分别为B=0T,B=0.5T,B=1T,B=2T时,等离子体核心区的温度分别为4598.56K,5585.84K,5636.24K,5718.24K,可见,磁场能够从一定幅度上提高推力器性能; ⑦磁增强MPT内流场使等离子体中的电场发生畸变,磁场不变。
参考文献：
[1]. 微波等离子推力器真空实验研究与卫星应用探索[D]. 韩先伟. 西北工业大学. 2002
[2]. 不同工质对MPT启动与稳定工作影响的研究[D]. 宋军. 西北工业大学. 2004
[3]. 微波等离子推力器谐振腔的数值模拟与小推力测量实验研究[D]. 唐金兰. 西北工业大学. 2002
[4]. 低功耗MPT谐振腔改进设计与实验研究[D]. 刘俊平. 西北工业大学. 2006
[5]. 100W微波等离子体推力器固态源研制与效率分析[D]. 杨花芳. 西北工业大学. 2007
[6]. 电子回旋共振等离子体推力器电磁仿真与实验研究[D]. 邹存祚. 大连理工大学. 2017
[7]. 脉冲等离子体推力器工作过程理论和实验研究[D]. 杨乐. 国防科学技术大学. 2007
[8]. 稳态等离子体推力器叁维羽流流场及其污染效应研究[D]. 张志远. 国防科学技术大学. 2015
[9]. 基于虚拟仪器技术的MPT测量系统[D]. 屈昆. 西北工业大学. 2002
[10]. 磁场增强型微波等离子体推力器流场的数值研究[D]. 苏纬仪. 西北工业大学. 2005
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