【正文】 1600180020xx2200240026002800U p （ V ）Isp（s）m a = 2 . 5 m g / s S e l fS e p a r a t e 300 350 400 450 500 550 6002 . 62 . 833 . 23 . 43 . 63 . 8U p （ V ）Id（A）m a = 2 . 5 m g / s S e l fS e p a r a t e 圖 49 比沖與放電電壓 圖 410 放電電流與放電電壓 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 33 Ma=3 mg/s 時(shí) ： 300 350 。 實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖峭ㄟ^(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)磁安特性曲線上各個(gè)工況點(diǎn)的分析，找出 ATON發(fā)動(dòng)機(jī)可以轉(zhuǎn)換為自勵(lì)磁的 區(qū)域。但由于 SPT 推力器推力較?。?200mN），載荷單元不夠精確，所以一般采用位移測(cè)量法 [15]。 （二） 關(guān)于漏磁的分析 磁芯打薄后必然存在漏磁的影響，如圖 216 所示為打薄不同厚度時(shí)的中心通道處的磁感應(yīng)強(qiáng)度，通過(guò)圖 216 可以看出，當(dāng)磁芯半徑打薄到 3mm 時(shí)，其通道中心的最大磁感應(yīng)強(qiáng)度從 減少到 ，而發(fā)動(dòng)機(jī)通道中心的最大磁感應(yīng)強(qiáng)度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率有著很大的影響， 當(dāng)通道中心變?yōu)?時(shí)，不足以使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在一個(gè)高效率的狀態(tài)下，于是我們進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，但是，很遺憾，實(shí)驗(yàn)時(shí)，限流現(xiàn)象嚴(yán)重，發(fā)動(dòng)機(jī)工作很不穩(wěn)定，于是我們想到了主要原因是由于通道中心最大磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)不到預(yù)想的強(qiáng)度，出于科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)囊幻妫覀冇酶咚褂?jì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的通道中心的磁場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行了測(cè)量，圖 217 和 218，分別表示用 1J22 材料加工的磁芯半徑分別為 3mm和 7mm 時(shí)，線圈內(nèi)分別通一下電流 ： ① I1=， I2=， I3=0A② I1=， I2=35A， I3=0A③ I1=6A， I2=， I3=0A 0 20 40 60 80 100 120050100150200250300350400450500通道中心的軸向距離 Z / m m通道中心最大磁感應(yīng)強(qiáng)度B/G 1 J 2 2 半徑為 7 時(shí)半徑為 6 時(shí)半徑為 5 時(shí)半徑為 4 時(shí)半徑為 3 時(shí) 圖 217 發(fā)動(dòng)機(jī)通道中心的磁感應(yīng)強(qiáng)度 圖 218中線圈的匝數(shù)為 N1=105， N2=270， N3=137。 0 . 0 3 0 W 圖 27 徑向探頭 其使用步驟大致如下： (1)將探頭“調(diào)零”，消除地磁場(chǎng)的影響； (2)固定探頭，確定基準(zhǔn)點(diǎn)； (3)確定探頭測(cè)量起點(diǎn)和終點(diǎn)； (4)選擇量程，進(jìn)行測(cè)量； (5)拆卸探頭。 高斯計(jì)的使用與介紹 ATON 通道內(nèi)的磁場(chǎng)測(cè)量能指導(dǎo)磁場(chǎng)設(shè)計(jì)，是磁場(chǎng)設(shè)計(jì)中必不可少的輔助手段。 FEMM是一款用于計(jì)算給定磁路系統(tǒng)下磁場(chǎng)位形的有限元分析軟件，專門用于電磁方面的二維平面或軸對(duì)稱模型的分析。 因此，必須采取措施，解 決磁場(chǎng)強(qiáng)度強(qiáng)度不夠的問(wèn)題。 本文主要研究?jī)?nèi)容 本文主要的結(jié)構(gòu)是對(duì)自勵(lì)磁模式下的霍爾推力器盡心設(shè)計(jì)，主要包括從單獨(dú)勵(lì)磁的模式下轉(zhuǎn)換到自勵(lì)磁模式，需要安匝數(shù)的等效以及等效完成后，一般是內(nèi)線圈的匝數(shù)會(huì)變得很多，由于內(nèi)線圈受空間的限制，所以就涉及到怎樣解決內(nèi)線圈空間的問(wèn)題，可操作性比較強(qiáng)的主要是將磁芯打薄，再打薄后磁芯變細(xì)，因此需要計(jì)算磁芯工作時(shí)的應(yīng)力問(wèn)題、熱問(wèn)題、漏磁問(wèn)題等一系列問(wèn)題，而在本文的第三章主要介紹了自勵(lì)磁模式下的霍爾推力器工作區(qū)域的研究，通過(guò)第二章的研究發(fā)現(xiàn)，在當(dāng)前 ATON發(fā)動(dòng)機(jī)上有些工況是不能進(jìn)行轉(zhuǎn)換成自勵(lì)磁模式的，因此，我們?cè)诖藢?duì) ATON發(fā)動(dòng)機(jī)找到了一個(gè)能轉(zhuǎn)換為自勵(lì)磁模式的區(qū)域，然后針對(duì)某個(gè)工況點(diǎn)在自勵(lì)磁模式下與單獨(dú)立此模式下進(jìn)行了研究與對(duì)比，在最后一章里，我們主要是通過(guò)實(shí)驗(yàn)在自勵(lì)磁模式下的放電回路中并入一些電子元件，如電阻、電容，觀察對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)振蕩的影響，以此來(lái)進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，使其工作更趨于穩(wěn)定。美國(guó)的 INMA RSAT 4F1衛(wèi)星平臺(tái)的推進(jìn)系統(tǒng)使用 SPT100作為主推進(jìn)裝置，工作于自勵(lì)模式；霍爾推力器的發(fā)明人 ，在空間運(yùn)行的霍爾推力器一般采用自勵(lì)模式 。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 5 表 11 不同勵(lì)磁模式特點(diǎn) 對(duì)比 電磁線圈勵(lì)磁 永久磁鐵勵(lì)磁 他勵(lì)模式 自勵(lì)模式 推 力器 200W–5KW 霍爾推力器 微小霍爾推力器 可控性 影響因素相對(duì)較少、可控性較好 勵(lì)磁與放電交互影響，影響因素多，物理過(guò)程復(fù)雜 磁場(chǎng)不受放電影響，磁場(chǎng)不可控，磁場(chǎng)應(yīng)設(shè)計(jì)為最優(yōu) 可靠性 電能變換器數(shù)量多，可靠性差 省去所有勵(lì)磁電源，可靠性高 無(wú)勵(lì)磁線圈，省去所有勵(lì)磁電源，可靠性高 有效載荷 供電系統(tǒng)、測(cè)控系統(tǒng)龐大，有效載荷低 降低供電系統(tǒng)質(zhì)量，有效 載荷高 降低供電系統(tǒng)質(zhì)量，有效載荷高 適用場(chǎng)合 多數(shù)用于地面實(shí)驗(yàn) 空間運(yùn)行 地面實(shí)驗(yàn)和空間運(yùn)行 圖 13 霍爾推力器 不同勵(lì)磁模式物理 耦合過(guò)程示意圖 國(guó)內(nèi)外在該方向的研究現(xiàn)狀及分析 磁場(chǎng)對(duì)等離子體的影響無(wú)論在霍爾推力器研究還是其他磁約束等離子體裝置研究領(lǐng)域一直以來(lái)都是極其重要的學(xué)術(shù)方向 [4,5]。缺點(diǎn)在于推力器放電工作時(shí)，磁場(chǎng)不可 調(diào)節(jié)，在自勵(lì) 磁模式下 運(yùn)行時(shí)磁場(chǎng)應(yīng)該最優(yōu)化， 使 推力器工作在最優(yōu)放電工作點(diǎn)下。盡 管永久磁鐵不能調(diào)節(jié)磁場(chǎng)，但它有其獨(dú)有的優(yōu)點(diǎn)，例如 ： ① 無(wú)功率損耗，可提高推力器整體效率 ；② 減少推進(jìn)系統(tǒng)的質(zhì)量 ； ③ 降低溫度 ； ④ 減少?gòu)?fù)雜度，在一定程度上可提高可靠性 ； ⑤ 減少推力器的成本 ； ⑥ 無(wú)需勵(lì)磁電源。由于離子質(zhì)量遠(yuǎn)大于電子質(zhì)量，具有較大的拉莫爾半徑 (通常是米的數(shù)量級(jí) )，而推力器通道長(zhǎng)度一般只有幾厘米，因此離子幾乎不受通道內(nèi)磁場(chǎng)的影響，在軸向電場(chǎng)作用下高速噴出，產(chǎn)生反作用力為航天飛行器提供動(dòng)力。永久磁鐵勵(lì)磁主要通常應(yīng)用在在微小衛(wèi)星平臺(tái)上的小尺寸低功率推力器。 目前，霍爾推進(jìn)器的勵(lì)磁方式主要是他勵(lì)方式，但是其低頻振蕩大，而自勵(lì)磁的方式卻很好的抑制了這一點(diǎn)，因此隨著航天技術(shù)的發(fā)展，對(duì)霍爾推進(jìn)器的要求勢(shì)必越來(lái)越高，因此對(duì)自勵(lì)磁方式的研究也必 將納入正軌。s space powers electric propulsion research in the hot, but the current in this area of our country is a big vacancy, Harbin Institute of Technology of Plasma propulsion technology generate from Russia introduced ATON thruster models, and its indepth study. Magic field shape and the magic induction of the thruster is one of the main factors affecting the performance , and was usually using the separate excitation mode under laboratory conditions. But in practice it is monly using the selfexcitation whitch can the cut the number of ponents they carry that can greatly improve the stability of their work. This paper is directed by a preliminary exploration when the separate excitation changed to selfexcitation. First, according to the convert from the excitation of the coil space problem ,we used the software simulation and experimental research, and based on the results we find the area whitch can be converted to selfexcitation in the ATON models. In the region according to a particular operating point in the separate and selfexcitation, we pared and analyzed the operating characteristics. And finally we made the explorative study about the discharge stability of the selfexcitation. Key words field leakage flux, independent excitation, selfexcitation, selfexcitation 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 III 目 錄 摘 要 ........................................................................................................................... I Abstract ........................................................................................................................II 第 1 章 緒論 .............................................................................................................. 1 課題的來(lái)源以及研究的目的和意義 ............................................................ 1 課題的來(lái)源 .......................................................................................... 1 研究的目的和意義 .............................................................................. 1 霍爾推力器的勵(lì)磁模式 ................................................................................ 2 國(guó)內(nèi)外在該方向的研究現(xiàn)狀及分析 ............................................................. 5 本文主要研究?jī)?nèi)容 ......................................................................................... 7 第 2 章 自勵(lì)磁霍爾推力器設(shè)計(jì) .............................................................................. 8 引言 ................................................................................................................ 8 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與軟件介紹 .................................................................................... 8 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的介紹 .................................................................................. 8 FEMM 軟件的介紹 .............................................................................. 9 高斯計(jì)的使用與介紹 ........................................................................ 11 自勵(lì)磁霍爾推力器磁場(chǎng)等效 ...................................................................... 12 內(nèi)磁芯打薄 ...........................................