霍尔推力器具有比冲高、效率高和可靠性高等优点,使其在空间推进中的应用越来越广泛。阳极作为霍尔推力器加载放电电压的关键零件,接收通道内的电子形成放电电流和轴向加速电场,因而阳极的状态是影响推力器性能水平和放电特性的重要因素之一,也是推力器热设计的关键指标。本文围绕推力器阳极环、气体分配器对于霍尔推力器放电行为的影响,采用数值模拟和实验相结合的手段开展了以下四个方面的研究工作:首先研究了磁场强度及梯度变化时,阳极环功率沉积轴向分布的变化规律及机理,建立了对近阳极区电子运动受磁场调控的认识,指导近阳极区磁场和阳极的匹配设计。研究结果表明,阳极环温度的轴向分布特征不受磁场强度变化的影响,温度峰值的位置没有发生变化,在轴向位置中间。其原因是阳极环前端高强度弯曲磁场对电子的约束作用,导致电子顺着弯曲磁力线沉积到中间。然而,阳极环整体的温度会随着磁场强度的增大先减小再增大,这主要是受放电电流先减小再增大(霍尔推力器固有的磁安特性)的影响。此外,随着磁场梯度的增大,阳极环温度的峰值点会逐渐向通道出口方向移动,且整体温度呈现下降的趋势。其原因是梯度增大引起阳极环前端弯曲磁场和通道内电离区的前移,导致电子沉积峰值的前移。梯度增大令电子和原子在零磁点和分配器间的非弹性碰撞作用提高,能量降低,因此阳极环沉积功率降低。研究结果表明,近阳极区磁场的设计非常重要。其次研究了阳极环单独供电、阳极环/气体分配器都供电和气体分配器单独供电三种供电方式对推力器放电行为的影响机理,从放电特性、性能水平和热流转移三方面进行了分析,为推力器的供电设计提供参考。实验和模拟的结果表明,推力器阳极环和气体分配器都供电时,推力器在放电稳定和性能方面效果最好。其主要原因是推力器内部电势分布、电子能量各向异性分布和电离分布三方面产生积极影响。此外,阳极环和气体分配器都供电时,利用磁场调节可实现电流分配的调节,而电流的转移分配可实现推力器关键(高温)部件的主动温度控制,实验测量到的不同电流分配下的温度变化验证了主动热控的可行性。再次研究了不同阳极环长度与磁场的匹配关系,分析了阳极环长度对于推力器放电的影响,建立了阳极环长度设计的约束条件。研究结果表明推力器存在一个最优的阳极环长度使性能达到最优,此时推力器工作区间宽,放电稳定,推力大效率高,并且磁场强度和磁场梯度变化时阳极环长度最优值没有明显变化。在推力器性能变优的过程中,通道内电势降增大,推力器的加速电场增强,此时电离区位置存在明显的前移,当电离区位置适中时,离子壁面功率损失和离子加速程度综合作用下使推力器性能最优。阳极环过长电子的传导特性发生剧烈变化,导致加速电场减弱,电子能量降低,工质利用率显著下降,从而出现了性能上的突变。研究结果表明适中的推力器阳极环长度能使推力器的性能最优。最后研究了阳极表面状态对推力器放电行为的影响,揭示了实验过程中伴随的阳极镀膜现象对推力器的电流分配存在明显的影响。通过调节气体分配器和阳极环供电电压的方式模拟阳极表面镀膜差异,结果表明当阳极环和气体分配器都供电时,电子电流更倾向于往气体分配器沉积,而高能电子更倾向于沉积到分流比小的阳极环。初步猜想可能和通道内磁场的位型相关。此外由于目前对于阳极表面状态对推力器放电的影响的内在机理认识不足,加上现有的实验条件和模拟条件难以深入地分析其中的等离子参数的具体改变,因此对这个问题的研究提出若干展望,为下一步工作的开展提供参考。