霍尔推力器具有高效率、高比冲的优点,在卫星的位置保持和姿态控制中得到了广泛应用。在进一步的性能优化中,按照现有的单一磁场设计手段,无法解决工质充分电离和推力器热饱和这一技术矛盾,因此探索新的推力器设计自由度逐渐成为国际上的研究热点。本文提出了一种新的设计自由度——变截面通道设计方法。这一设计方法可以弥补传统单一的磁场设计方法的不足,实现对工质气体流动状态及电离过程的有效控制,同时给出了具体的变截面通道的设计步骤以及特征参数的选取。实验研究了变截面通道对工质电离过程及推力器性能的影响。研究发现,突变型通道影响工质的电离过程,拓展了推力器的稳定工作范围。采用渐变型通道,电离区展宽严重,呈现出双峰特征;电子的壁面冷却效应增强。采用渐变型通道最明显的特征是存在最优流量工作点,此流量下推力器的效率最高,这符合推力器的功率平衡原理。实验研究了变截面通道与磁场的优化匹配规律。研究发现渐变型通道与等截面通道下的最优磁场存在一一对应关系:可以利用面容比实现两种通道下工作流量的转换,利用电离区原子密度实现两种通道所对应的最优磁场的最大磁场强度的转换。从多个角度研究了变截面通道对推力器放电稳定性的影响。实验研究发现变截面通道影响推力器的放电稳定性;通过建立含有变截面因素的一维流体模型,对推力器的放电过程进行了仿真模拟,复现了实验现象;建立了放电系统的线性状态方程,从数学上解释了通道构型对推力器放电稳定性的影响规律;最后分析了变截面通道对推力器放电稳定型影响的物理机制。