【摘 要】
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人类日益增加的空间领域活动加剧了对航天推进技术的需求,电推进由于具有比冲高、寿命长、结构紧凑等优势逐渐引起了航天界的关注与重视。为了满足达尔文计划,地球重力场反演,引力波探测等空间任务,各国研究机构加大了对微牛级电推进的研究力度。射频离子推力器因其良好的缩放特性及简单的结构,成为了微牛级推力器的不错选择。由于微型射频离子推力器存在点火困难的问题,因此本文在设计了一款4cm直径的推力器的基础上,对其
【基金项目】
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装备预研航天联合基金项目《微纳伴飞卫星小功率电推进技术》
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人类日益增加的空间领域活动加剧了对航天推进技术的需求,电推进由于具有比冲高、寿命长、结构紧凑等优势逐渐引起了航天界的关注与重视。为了满足达尔文计划,地球重力场反演,引力波探测等空间任务,各国研究机构加大了对微牛级电推进的研究力度。射频离子推力器因其良好的缩放特性及简单的结构,成为了微牛级推力器的不错选择。由于微型射频离子推力器存在点火困难的问题,因此本文在设计了一款4cm直径的推力器的基础上,对其点火特性展开了实验研究,并对推力器的性能做了综合测试,具体工作如下:首先,本文参考国内外的研究经验完成了推力器的整体参数设计,并在该基础上对实验中遇到栅极间定位与绝缘问题做出了专门的优化改进,实验结果表明新的设计结构有效的避免了沉积效应造成的栅极间短路问题,提高了栅极寿命。其次,根据射频放电中常见的阻抗匹配与功率馈入问题介绍了实验中的匹配网络设计原理以及功率馈入技术,并对四种点火方案进行了实验验证与点火特性分析。结果表明大流量冲击点火虽然有着较高的点火可靠性,但是点火前后的匹配状态会发生较大的变化,降低频率会提高点火所需的流量条件;对于憋气式点火方式,在低正向功率下,点火所需的压强脉冲相对较高,在低流量下,正向功率30W下,点火后反射功率比例较小,推力器状态更加稳定;栅极间直流电压点火虽然可以降低点火时的流量调节范围,但是该点火方式存在点火具有一定随机性;憋气式栅极直流电压点火方案有效的降低了点火所需的栅极电压以及憋气时间,点火瞬时发生,在一定的点火条件下可以实现高可靠性点火,是目前较为满意的点火方式。最后,本文对推力器的性能参数做了综合测试,结果表明在一定范围内增大功率、流量以及栅极间加速电压均可提高推力器的离子引出及推力,并且推力和比冲在特定工况下随屏栅极电压基本呈线性变化。当推力器工作在高工况条件下,其匹配特性并不会随栅极电压的增加而发生明显的变化,而在降低了流量和功率后,离子引出将会对推力器的放电造成明显的影响,甚至导致推力器熄火。
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