Hall发动机放电特性的探针诊断

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等离子体参数的探针诊断是实验研究Hall推力器性能最直接有效的手段之一。本文根据Hall推力器的特点,通过周密的实验设计和灵活的探针数据处理手段,得到了Hall推力器等离子体的参数变化规律。本文的研究工作对霍尔推力器的微观物理机制的研究、优化设计以及综合性能的提高具有一定的理论意义和实践意义。  为了能够在实验中正确灵活的使用探针,本文在对磁化和非磁化等离子体探针测量理论分析总结的基础上,提出了适用于Hall推力器的探针诊断及数据处理方法;据此对推力器缓冲腔内和羽流区的等离子体稳态参数进行了实验测量,为通道内参数的探针诊断提供了指导方法及实验经验。  针对Hall推力器低频振荡现象这一固有属性,本文对羽流区等离子体振荡参数开展了实验研究工作。为解决等离子体稳态参数振荡频率量级远远大于探针扫描电源频率,传统测量无法满足采样定理的问题,本文利用Hall推力器低频振荡特性,提出了参数扫描的方法对羽流区等离子体参数振荡进行系统的实验研究工作,同时结合双探针的测量原理,对电子温度的瞬时振荡特性进行测量,参数扫描法和双探针法测量的电子温度振荡的结果具有良好的一致性。  离子束的平均速度是Hall推力器重要的性能参数,目前的测量方法有推力仪测量推力计算法和多栅探针微分计算法。本文在优化多栅探针结构设计的基础上,实验测量了离子速度和离子能量分布;并根据多栅探针测量原理,提出并推导了计算离子速度的多栅探针积分型公式。通过实验验证,该方法不但可以测量羽流区离子束流速度的分布,同时提高了多栅探针测量离子速度的抗干扰能力;本文利用小波分析方法对离子能量分布进行求解,结合相关实验数据验证了离子能量分布是麦克斯韦分布,由此提出了参数估计的方法计算一价、二价离子的能量分布及各自比重,为研究二价离子对推力器性能的影响提供了依据。
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