霍尔推力器是一种具有中空共轴结构的电磁式推进装置,具有比冲高、体积小及安全可靠等优点,现已广泛应用于近地卫星的姿态控制、轨道转移以及探索月球等高精度太空推进任务。由于霍尔推力器放电通道高能离子对壁面的溅射腐蚀作用会导致其运行寿命降低,而通过采用磁屏蔽技术和优化通道尺寸等方法可以提高通道壁面电势,降低离子轰击壁面的速度,有效延长推力器寿命提高其性能。本文根据磁屏蔽原理及通道等离子体放电物理过程,构建和优化磁屏蔽磁场位形,结合实验参数采用粒子模拟方法研究推力器放电通道尺寸及壁面布置软磁材料对其放电特性的影响,为磁屏蔽霍尔推力器应用设计提供参考。针对霍尔推力器通道等离子体放电物理过程建立二维轴对称物理模型,采用FEMM软件通过优化推力器通道尺寸、加速区内外壁面布置软磁材料、通道出口处磁极向外沿伸及调节励磁线圈安匝数等方法构建磁屏蔽磁场位形。结果表明:当推力器通道长度为20 mm,宽度为16 mm时,加速区磁力线曲率最高,通道出口的磁力线延伸至近阳极区,降低通道中轴线与壁面的电势差,离子轰击壁面的速度减小;通道壁面布置软磁材料可以显著优化磁屏蔽磁场位形,使离子束流聚焦,降低离子对壁面的溅射腐蚀作用。采用PIC粒子模拟方法数值研究了推力器不同通道长度的电势、离子径向速度、比冲及阳极效率等参数变化规律。结果表明:短通道的磁屏蔽磁场位形会更有效的减小壁面腐蚀,使比冲增大和阳极效率增加。当放电通道长度从30 mm缩短至20 mm时,离子数密度峰值位置向通道出口移动,且密度峰值区域更集中;电离速率峰值呈现非单调变化,其峰值区域向阳极移动;通道壁面离子径向速度降低一半,阳极效率提高9.10%,比冲提高7.78%,推力器推进效率提高。通过在霍尔推力器通道加速区壁面布置软磁材料,采用PIC模拟方法研究了通道软磁材料不同位置的磁屏蔽磁场位形及对等离子体放电特性的影响。结果表明:布置软磁材料位置在距离阳极为18.0 mm时,得到最优化的磁屏蔽磁场位形。当软磁材料位置向放电通道出口移动时,通道内、外壁面离子径向速度均明显减小,当其距离阳极为17.5mm时,放电通道离子径向速度、离子入射角度及离子与壁面碰撞频率均减小、离子数密度聚焦效果最好,通道壁面腐蚀最小,推力器在轨寿命延长。