霍爾推力器運行參數(shù)對通道腐蝕影響的數(shù)值分析(編輯修改稿)
2024-10-22 16:54 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 因此，通道內(nèi)的電場滿足，則由能量守恒條件可知離子能量軸向分布， 則： (7)以通道出口處為零點建立坐標系，對比SPT壽命實驗數(shù)據(jù)，假設通道內(nèi)的腐蝕區(qū)域為10mm，則根據(jù)所建立的坐標系。下面以SPT為參照機型。分析初始時刻的離子轟擊強度。圖4內(nèi)壁面形貌演化過程[1]通過對比SPT的實驗數(shù)據(jù),為了簡化分析，假設。根據(jù)通道出口位置160h時間內(nèi)下降的距離，計算出對于內(nèi)壁面。則初始時刻的內(nèi)壁面離子轟擊強度分布為：。圖5外壁面形貌演化過程[1]對于外壁面采用相同的分析方法，計算出對于外壁面，則初始時刻的內(nèi)壁面離子轟擊強度分布為：。研究證明，的分布特性在短時間內(nèi)（1k小時內(nèi)當時）對腐蝕輪廓的影響并不明顯。另外，在實際的霍爾推進器內(nèi)，離子轟擊腐蝕強烈區(qū)域的長度相對整體通道長度短很多，約為5mm，靠近通道的出口位置，該區(qū)域內(nèi)沿軸向的變化很小。因此為了合理簡化模擬條件，對于正常工作狀態(tài)下的霍爾推進器通道器壁腐蝕模擬而言，在模擬條件中忽略的分布特性是完全可以接受的[ 李玉全. Hall推進器通道器壁離子濺射腐蝕特性研究. 哈爾濱工業(yè)大學工學博士論文. 2007]。由于等離子放電過程中參數(shù)的空間分布不會發(fā)生突變，因此離子束運動軌跡是光滑連續(xù)的，同一軸向位置上的離子速度徑向分布也滿足連續(xù)條件，因此可以根據(jù)羽流發(fā)散角近似估計得到通道內(nèi)的離子束發(fā)散角度。由于羽流發(fā)散角是通過對離子電流沿徑向積分得到的，在該角度對應的范圍內(nèi)幾乎包含了所有從通道出口位置出射的粒子運動軌跡，考慮實際運行條件下部分推進劑原子在加速區(qū)才被電離，因此通道內(nèi)的出射離子束錐角半角，近似認為等于通道內(nèi)的離子束發(fā)散角度，略小于。圖6羽流發(fā)散角度與通道內(nèi)離子束發(fā)散角的關(guān)系實驗結(jié)果表明SPT型推進器羽流發(fā)散角為,大致估計出通道內(nèi)離子束發(fā)散角度為，相應的腐蝕集中的通道出口區(qū)離子輻射角度為。圖7利用經(jīng)驗公式及實驗結(jié)果擬合的BN陶瓷角度濺射系數(shù)[ Y. Garnier, V. Viel, . Roussel and J. Bernard. LowEnergy Xenon Ion Sputtering of Ceramics Investigated for Stationary Plasma Thrusters. J. Vac. Sci. Technol. A., 1999,17(6):3246~3255, M. Britton, D. Waters, R. Messer, Edward Sechkar and Bruce Banks. Sputtering Erosion Measurement on Boron Nitride as a Hall Thruster Material. NASA/TM2002211837]圖7為角度濺射系數(shù)隨入射角度的變化曲線，本文采用Yamaura[ V. Kim, V. Abgaryan, P. Dumazert, et, al. Development of Software for Numerical Simulation of the SPT Discharge Chamber Wall Erosion by the Accelerated Ions. 4th Int.
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