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LIPS-300离子推力器是我国新型高功率栅极离子推力器,其束流引出装置采用30cm直径三栅极组件结构设计。试验结果表明,三栅极结构设计能够满足推力器各项性能指标要求。但还存在工作前后栅极热态间距变化不可控、栅极变形、栅极孔腐蚀变形等问题,对推力器的性能产生影响、加重了推力器失效的风险。控制栅极热变形、保持栅极间距的稳定是确保离子推力器长效工作的关键问题,解决栅极热变形问题首先即需对其进行精密的测量。由此本文开展离子推力器栅极热变形和热态间距测量方法和测量系统的研究,这也是目前国内离子推力器优化设计研究中的急需填补空白的重点研究方向。主要工作和创新点如下:1.基于摄像测量原理,提出了一种适用于双栅和三栅极组件的光学非接触的热变形测量方法。提出二维摄像测量简化标定算法对图像进行标定、校正,通过远距显微镜拍摄的高倍率放大图像,运用交互式分区方法获得多个圆形合作标志的清晰边缘,利用最小二乘拟合完成亚像素级测量。2.建立了栅极组件热变形在线摄像测量系统。系统硬件满足在真空、高温、等离子体环境下正常稳定工作的要求。软件采用Matlab2017b开发,基于栅极热变形测量算法集成了图像标定、实时测量、离线测量、测量数据显示与输出等功能,满足栅极热变形和热态间距实时测量的需求。3.分析得出栅极热变形测量精度的最大影响因素来源于探针自身热变形造成的系统误差,其他来源有:图像传感器、镜头、放大系数标定误差、坐标系旋转角标定误差等。由精度验证实验计算得系统测量精度为6.0μm,考虑高温情况下探针的热变形影响以及其他误差因素影响,系统测量精度修正为12.0μm。4.基于本文开发的测量系统,进行了四次大气环境下栅极加热实验和两次真空环境的下的栅极热变形实验,将栅极热变形测量结果同国外同类实验的测量结果对比,综合分析得出了栅极热变形、栅极热态间距在栅极不同温度、放电室不同功率下的特点和规律,并拟合了关系曲线。验证了在大气环境下高精度模拟栅极在真空实际运行环境下的受热情况并测量其热变形的可行性。