【正文】 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 實(shí)驗(yàn)首 先將在在相同質(zhì)量流量下對比了單獨(dú)勵磁與自勵磁模式下相同工況點(diǎn)的推力器的性能（效率、推力、比沖、放電電流等），圖 4 4 4 46表示在質(zhì)量流量為 ，推力器性能的對比： 300 350 400 450 500 550 6003840424446485052U p （ V ）Efficiency（%）m a = 2 m g / s S e l fS e p a r a t e300 350 400 450 500 550 60032343638404244464850U p （ V ）Thrust（mN）m a = 2 m g / s S e l fS e p a r a t e 圖 43 效率 與 放電電壓 圖 44 推力與放電電壓 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）本科畢業(yè)設(shè)計論文 32 300 350 400 450 500 550 60016001700180019002020210022002300240025002600U p （ V ）Isp（s）m a = 2 m g / s S e l fS e p a r a t e300 350 400 450 500 550 60022 . 12 . 22 . 32 . 42 . 52 . 62 . 72 . 82 . 93U p （ V ）Id（A）m a = 2 m g / s S e l fS e p a r a t e 圖 45 比沖與放電電壓 圖 46 放電電流與放電電壓 為便于 不同勵磁模式下的性能做對比， 我們又依次 分析了 質(zhì)量流量為， 3mg/s， ， Ma= mg/s 時 ： 300 350 400 450 500 550 60038404244464850525456U p （ V ）Efficiency（%）m a = 2 . 5 m g / s S e l fS e p a r a t e300 350 400 450 500 550 6003540455055606570U p （ V ）Thrust（mN）m a = 2 . 5 m g / s S e l fS e p a r a t e 圖 47 效率與放電電壓 圖 48 推力與放電電壓 300 350 400 450 500 550 6001600180020202200240026002800U 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)計論文 33 Ma=3 mg/s 時 ： 300 350 400 450 500 550 6004850525456586062U p （ V 。 自勵磁霍爾推力器工作特性的研究 實(shí)驗(yàn)設(shè)計 他勵模式電路： 陰極點(diǎn)火器電源 1陽極++_3C3R2R_電源 22L示波器1R1C電源 4內(nèi)線圈電源 5附加線圈電源 3外線圈 圖 41 他勵模式電路 自勵模式電路： 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）本科畢業(yè)設(shè)計論文 31 陰極點(diǎn)火器電源 1陽極外線圈內(nèi)線圈附加線圈++_3C3R2R_電源 2示波器1R1C2L 圖 42 自勵模式電路 本實(shí)驗(yàn)主要是通過自勵磁模式下對推力器的性能（推力、比沖、羽流）進(jìn)行了測量， 繼而計算出推力器的效率，將 ATON 霍爾推力器在自勵磁模式下與安匝等效成的單獨(dú)勵磁模式的工況在不同的質(zhì)量流量下進(jìn)行了一系列的對比，依次研究分析自勵磁霍爾推力器的工作特性。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）本科畢業(yè)設(shè)計論文 28 100 150 200 250 300 350 400 450 5003540455055606570通道中心的最大磁感應(yīng)強(qiáng)度 B / G推力器的推力T/mN 2 m g / s2 . 5 m g / s3 m g / s 圖 36 放電電壓為 400V 時的推力 100 200 300 400 500 600 700 80055565758596061通道中心最大磁感應(yīng)強(qiáng)度 B / G推力器的推力T/mN 圖 37 放電電壓為 500V 時的推力 圖 38 ATON 發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)化區(qū)域劃分 A B C 通道中心的磁場強(qiáng)度 B/G 回路中的放電電流 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）本科畢業(yè)設(shè)計論文 29 小結(jié) 本章主要對在 ATON 發(fā)動機(jī)上轉(zhuǎn)換為自勵磁模式的工作特性區(qū)域 進(jìn)行的分析，通過大量的實(shí)驗(yàn)，從不同的角度研究其工作特性區(qū)域，本文主要通過其磁安特性曲線曲線根據(jù)其推力、效率、以及內(nèi)線圈可繞線圈匝數(shù)來初步劃定了這個可以轉(zhuǎn)換為自勵磁模式的區(qū)域，通過分析可以得出，磁安特性曲線大致成盆型結(jié)構(gòu)，最低點(diǎn)為推力器的最優(yōu)工況點(diǎn)，在最優(yōu)工況點(diǎn)右面的工況在 ATON 發(fā)動機(jī)上目前不能轉(zhuǎn)換為自勵磁模式，而最優(yōu)工況點(diǎn)左面的區(qū)域只看內(nèi)線圈繞線的情況是可以轉(zhuǎn)換為自勵磁模式的，但是當(dāng)勵磁電流（即放電電流）很小時，通道內(nèi)磁場強(qiáng)度會很小，因此推力器的效率就會很小，因此在 ATON 發(fā)動機(jī)上只有最優(yōu)工況點(diǎn)左面一定的 區(qū)域內(nèi)可以轉(zhuǎn)換為自勵磁模式，而對于最優(yōu)工況點(diǎn)，基本上不能轉(zhuǎn)換為自勵磁模式，在第四章中我們將會對推力器的在自勵磁模式下的某個工況 點(diǎn)進(jìn)行分析研究以及對推力器的低頻振蕩進(jìn)行了 初步探索。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 由上述磁安特性曲線可以看出，在磁安特性曲線上最低點(diǎn)為最優(yōu)工況點(diǎn)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）本科畢業(yè)設(shè)計論文 27 由圖 32， 圖 33， 圖 34 上可以看出最優(yōu)工況點(diǎn)處有的情況下可以轉(zhuǎn)換，有的不能轉(zhuǎn)換，但是在最優(yōu)工況點(diǎn)左邊的工況點(diǎn)都是可以轉(zhuǎn)換為自勵磁模式的，分析其原因是磁安特性曲線的左邊磁場強(qiáng) 度很小，因此勵磁電流就比較小所以放電電流均大于勵磁電流，因此都可以轉(zhuǎn)換為自勵磁模式，隨著放電電流的不斷減小勵磁電流的不斷增大，這兩個電流值在最優(yōu)工況點(diǎn)左右相等，在最優(yōu)工況點(diǎn)右邊時，勵磁電流不斷增加，示值電流也不斷增加，但是人們研究發(fā)現(xiàn)，右側(cè)的磁安特性曲線的增長是很緩慢的，所以勵磁電流的增長速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于示值電流的增長速度，因此在右側(cè)示值電流的值永遠(yuǎn)小于勵磁電流的值，因此右側(cè)的工況點(diǎn)在 ATON 發(fā)動機(jī)上就不能轉(zhuǎn)換為自勵磁。 實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖峭ㄟ^對發(fā)動機(jī)磁安特性曲線上各個工況點(diǎn)的分析，找出 ATON發(fā)動機(jī)可以轉(zhuǎn)換為自勵磁的區(qū)域。線圈經(jīng)過重新繞制，外線圈，內(nèi)線圈，附加線圈匝數(shù)分別為 105匝， 172 匝， 81 匝。 工質(zhì)的平均噴出速度： Tm?? （ T －推力） (32) 比沖：SP gTI m? （ g －重力加速度） (33) 效率： 2PT? ?? (34) （ P －系統(tǒng)消耗的總能量，其中包括陰極放電和產(chǎn)生磁場所消耗的部分） 自勵磁霍爾推力器工作區(qū)域研究 對于自勵磁霍爾推力器工作區(qū)域的研究，主要是通過實(shí)驗(yàn)，測出一些工況點(diǎn)，然后利用 matlab 軟件對其數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，做出二維坐標(biāo)圖，通過觀察和一些相應(yīng)的理論分析，總結(jié)出一些規(guī)律，找出在 ATON 發(fā)動機(jī)上可以轉(zhuǎn) 換為自勵磁的一個大致的規(guī)律和區(qū)域。 其公式如下 ： 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）本科畢業(yè)設(shè)計論文 24 1 0 2 0T mgy y y y??? (31) 其中 ： T 表示推力器的推力， 0y 表示光標(biāo)的初始位置， 1y 表示發(fā)動機(jī)工作后光標(biāo)的位置， 2y 表示用砝碼校核時光標(biāo)的位置， m 為砝碼的質(zhì)量， g =。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量法 [15]。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）本科畢業(yè)設(shè)計論文 23 第 3 章 自勵磁霍爾推力器工作特性區(qū)域的研究 在第二章中我們就研究了從單獨(dú)勵磁到自勵磁的轉(zhuǎn)換，鑒于漏磁現(xiàn)象的影響，在 ATON 發(fā)動機(jī)機(jī)型上有些工況是不能轉(zhuǎn)換為自勵磁模式的，因此我們要找出這個可以轉(zhuǎn)換的區(qū)域，以方便以后進(jìn)一步更好的研究，本章主要是通過大量的實(shí)驗(yàn)找出一些工況點(diǎn)，再根據(jù)這些工況點(diǎn)尋找規(guī)律，力求將這個可以轉(zhuǎn)換的區(qū)域確定出來，然后在 研究不同放電工況下的自勵磁性能和穩(wěn)定性，以更好的了解發(fā)動機(jī)在自勵磁模式下的工作狀況，為以后在實(shí)際航天應(yīng)用中做一個鋪墊。但是，在此我們想到哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）本科畢業(yè)設(shè)計論文 22 了，原來發(fā)動機(jī)型譜化的設(shè)計磁芯的內(nèi)徑也是有一定根據(jù)的，太細(xì)就會導(dǎo)致漏磁現(xiàn)象嚴(yán)重，而太粗就會使所繞的線圈匝數(shù)變少導(dǎo)致通道中心的磁場強(qiáng)度變小，因此漏磁與所繞線圈匝數(shù)之間有一個優(yōu)化點(diǎn)，而不是人們所認(rèn)為的只是簡單的與引進(jìn)的磁芯進(jìn)行同比例縮放就行了，由此可以推廣到別的型號的發(fā)動機(jī)，在做型譜化的設(shè)計時就應(yīng)該通過實(shí)驗(yàn)以及軟件 模擬等方法找出這個優(yōu)化點(diǎn)，由此以前那個簡單縮放的時代可以逐漸的邁向理論的時代，但是這個過程人們進(jìn)一步的探索，但是我們堅信我們肯定會克服各種困難的。由 圖 218與 219對比可以看出，當(dāng)磁芯的半徑為 3mm哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）本科畢業(yè)設(shè)計論文 20 時，其通道內(nèi)的最大磁感應(yīng)強(qiáng)度都不超過 200G，而磁芯半徑為 7mm時，推力器通道中心最大磁感應(yīng)強(qiáng)度分別為 340G， 417G， 490G，因此可以看出，當(dāng)磁芯打薄是漏磁現(xiàn)象明顯，圖 219縱坐標(biāo)表示磁芯半徑為 7mm時通道中心最大磁感應(yīng)強(qiáng)度與打薄后通道中心最大磁感應(yīng)強(qiáng)度之差，橫坐標(biāo)表示磁芯打薄的厚度，由曲線擬合出其公式為： 4 3 22 . 2 7 5 6 2 5 . 3 3 0 2 9 0 . 1 1 8 3 3 2 . 0 4 1 7 1 . 4 8 7 7y x x x x? ? ? ? ? （ 212） 由圖 220可以看出磁芯如若打薄，漏磁現(xiàn)象會非常的明顯，因 此經(jīng)以上研 0 1 2 3 4 5 6 7 8050100150200通道最外側(cè)向里移動的距離 L / m m通道中心的磁感應(yīng)強(qiáng)度B/G 2 . 5 A3 . 5 A6 3 . 5 A 圖 218 高斯計所測得的通道中心磁感應(yīng)強(qiáng)度 0 1 2 3 4 5 6 7 80100200300400500通道最外側(cè)向里移動的距離 L / m m通道中心磁感應(yīng)強(qiáng)度B/G 2 . 5 A3 . 5 A6 A 3 . 5 A 圖 219 高斯計所測得的通道中心磁感應(yīng)強(qiáng)度 究發(fā)現(xiàn)，在 ATON霍爾推力器上要想實(shí)現(xiàn)自勵磁模式的轉(zhuǎn)換，并不是僅限于將磁哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）本科畢業(yè)設(shè)計論文 21 芯打 薄然后解決磁飽和問題就可以了，由于漏磁現(xiàn)象嚴(yán)重，導(dǎo)致了發(fā)動機(jī)通道中心處的最大磁感應(yīng)強(qiáng)度嚴(yán)重不足，是發(fā)動機(jī)不能穩(wěn)定工作在一個高效率的模式下，因此不能一昧的 去打薄磁芯去解決內(nèi)線圈的空間問題。 （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的中心通道處的磁感應(yīng)強(qiáng)度，通過圖 216 可以看出，當(dāng)磁芯半徑打薄到 3mm 時，其通道中心的最大磁感應(yīng)強(qiáng)度從 減少到 ，而發(fā)動機(jī)通道中心的最大磁感應(yīng)強(qiáng)度對發(fā)動機(jī)的工作效率有著很大的影響， 當(dāng)通道中心變?yōu)?時，不足以使發(fā)動機(jī)工作在一個高效率的狀態(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，限流現(xiàn)象嚴(yán)重，發(fā)動機(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覀冇酶咚褂媽Πl(fā)動機(jī)的通道中心的磁場強(qiáng)度進(jìn)行了測量，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，線圈內(nèi)分別通一下電流 ： ① I1=， I2=， I3=0A②