会切场推力器是一种具有很大发展前景的电推进装置,具有寿命长、推力范围宽且连续可调、推力密度大、结构简单可靠的优点。由于会切场推力器在低功率工况下电离低、性能差,限制了其推广和应用。在这样的背景下,本文对会切场推力器的低功率工况开展了一系列研究。本文先对会切场推力器低功率工况电离区分布特征和工作特性进行了研究。首先对会切场会切场推力器的低功率工况下等离子体参数分布进行了PIC数值模拟,根据电子密度分布的情况将通道内的电离区划分为主电离区、次电离区和近阳极区。然后在200~500V 3~6sccm的工况下对推力器的推力、比冲、效率、电离率进行了实验诊断。就通道内电离问题,光谱诊断和光学拍摄的结果与模拟结果一致。之后,本文对影响推力器低功率性能的诸多因素分别进行了研究,包括磁场位形、通道结构和阳极结构。在磁场位形影响的研究中,提出了四种待研究的磁场位形,包括三种三级位形2:2:6、1:2:6和1:2:7和一种典型的二级位形2:7,并对它们进行了模拟,结果显示通道内电离区分布特征完全相似。接着对不同磁场位形下的推力器进行了推力、比冲和电离率的诊断,实验结果显示2:2:6位形具有较高的比冲,2:7位形具有较高的效率,二者都可能是理想的磁场位形。1:2:7位形的电离和性能均较差。此外,针对不同磁场位形下通道内电离区分布的光谱诊断结果与模拟结果相一致。随后,在磁场位形研究结果的基础上进行了通道结构对低功率工况影响的研究,首先根据通道内电离区分布特征,针对2:2:6位形和2:7位形,设计了不同结构的变截面通道,并评估了通道结构对气体密度分布和壁面磁场束缚电子能力的影响。接着对不同通道结构下的推力器进行了推力、比冲、效率和电离率的诊断。诊断结果显示,近阳极区变截面通道在相对低流量工况下性能较优,出口区变截面通道在相对高流量工况下性能较优。最后研究了阳极结构对会切场推力器低功率工况的影响。首先设计了孔径不等的空心阳极和平面阳极,随后对不同阳极结构进行了推力、比冲、效率、电离率的实验诊断,发现空心阳极性能优于平面阳极,大孔径空心阳极性能优于小孔径空心阳极。随后对空心阳极对近阳极区电离的促进作用进行了验证研究。此外,本文还设计了在通道下游布置环状阳极的方案,初步研究结果表明可以提高气体电离率。