會切場電推進(jìn)原理

目錄
叢書序
前言
第1章 緒論
1.1 會切場電推進(jìn)的基本概念 001
1.2 空間電推進(jìn)系統(tǒng)的主要性能參數(shù) 003
1.2.1 推力 003
1.2.2 總沖與比沖 003
1.2.3 功率與效率 004
1.3 電推進(jìn)等離子體的主要過程及描述方法 007
1.3.1 電磁場作用下的單粒子運(yùn)動 007
1.3.2 碰撞、激發(fā)、電離 012
1.3.3 電粒子與壁面的相互作用 014
1.3.4 等離子體的宏觀描述 017
1.4 基于會切場約束的電推力器實(shí)現(xiàn)過程 021
1.4.1 多級會切磁場約束具有高效電離的特性 021
1.4.2 會切磁場在其他等離子裝置中的應(yīng)用 022
1.4.3 會切場電推進(jìn)的發(fā)展歷史 027
1.5 基于會切場電推進(jìn)的航天任務(wù)分析 031
1.5.1 會切場電推進(jìn)的工作特點(diǎn)分析 031
1.5.2 軌道保持任務(wù) 032
1.5.3 全電推進(jìn)和深空探測任務(wù) 035
1.5.4 高精度科學(xué)探測任務(wù) 037
第2章 會切場電推進(jìn)的加速過程
2.1 會切磁場電磁加速原理 040
2.1.1 靜電和電磁加速的基本概念 040
2.1.2 會切場約束下的電子傳導(dǎo) 042
2.2 會切場電推進(jìn)加速的特殊問題 046
2.2.1 磁場分布的復(fù)雜性 046
2.2.2 兩種放電模式 047
2.2.3 電勢分布的特殊性 050
2.3 會切場電推進(jìn)的放電模式及其加速特性 051
2.3.1 離子電流及離子能量空間分布測量的實(shí)驗(yàn)設(shè)置 051
2.3.2 兩種特征模式下羽流特征分析 054
2.3.3 離子加速電場的特性分析 058
2.4 加速電場的形成機(jī)制研究 063
2.4.1 多級會切磁場中電子傳導(dǎo)方式的探究 063
2.4.2 會切場電推進(jìn)中的電子傳導(dǎo)路徑 067
2.4.3 兩種特征模式下離子加速機(jī)制研究 074
2.4.4 電子傳導(dǎo)路徑的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 078
第3章 會切場電推進(jìn)的電離過程
3.1 會切場約束條件下的電離過程分析 082
3.1.1 電推進(jìn)磁場約束下的充分電離條件 082
3.1.2 多級會切磁場電離帶來的新的問題 084
3.2 多重電離區(qū)的分區(qū)特性研究 086
3.2.1 Ⅱ區(qū)離子對應(yīng)電離區(qū)特性研究 089
3.2.2 Ⅲ區(qū)離子對應(yīng)電離區(qū)特性研究 092
3.2.3 Ⅰ區(qū)離子對應(yīng)電離區(qū)特性研究 095
3.3 會切場電推進(jìn)各電離區(qū)的形成機(jī)制 099
3.3.1 通道內(nèi)電離區(qū)的形成機(jī)制 099
3.3.2 出口電離區(qū)的形成機(jī)制 101
3.4 兩種模式電離區(qū)分布變化與推力器性能差異的影響研究 105
3.4.1 兩種特征模式中電離區(qū)分布變化對效率的影響 105
3.4.2 兩種特征模式中電離區(qū)分布變化對性能的影響 107
3.4.3 模式轉(zhuǎn)變過程中的共性規(guī)律 109
3.4.4 放電模式的轉(zhuǎn)變機(jī)制 112
3.5 會切場電推進(jìn)大范圍連續(xù)調(diào)節(jié)特性形成原因 117
3.5.1 低功率條件下穩(wěn)定放電的因素分析 117
3.5.2 高功率條件下穩(wěn)定放電的因素分析 118
3.6 替代工質(zhì)電離特性 119
第4章 會切場電推進(jìn)磁場設(shè)計(jì)
4.1 會切場電推進(jìn)磁路的選擇與理論設(shè)計(jì) 125
4.1.1 永磁體材料的選擇 125
4.1.2 磁感應(yīng)強(qiáng)度的設(shè)計(jì) 126
4.1.3 磁鏡效應(yīng)的影響 130
4.2 磁場對推力器影響的實(shí)驗(yàn)研究 132
4.2.1 通道內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度影響的實(shí)驗(yàn)研究 132
4.2.2 羽流區(qū)磁感應(yīng)強(qiáng)度影響的實(shí)驗(yàn)研究 133
4.2.3 磁分界面對束流聚焦的影響分析 136
4.3 推力器磁極長度的優(yōu)化 142
4.3.1 通道內(nèi)多個電離區(qū)之間的影響關(guān)系 142
4.3.2 永磁體磁極長度的影響 143
4.3.3 電離級長度對性能的影響實(shí)驗(yàn) 145
第5章 會切場電推進(jìn)放電通道設(shè)計(jì)
5.1 大推力調(diào)節(jié)比造成推力器設(shè)計(jì)的矛盾 151
5.1.1 會切場電推進(jìn)變截面研究現(xiàn)狀 152
5.1.2 變截面設(shè)計(jì)的兩種思路 156
5.2 基于電離區(qū)通道截面突變設(shè)計(jì)的電離增強(qiáng) 157
5.2.1 凸臺位置對推力器性能的影響 159
5.2.2 凸臺高度對推力器性能的影響 160
5.3 基于漸擴(kuò)通道的設(shè)計(jì)方案 162
5.3.1 基于*優(yōu)通流密度原則的通流面積估計(jì) 162
5.3.2 基于電離加速匹配的變截面設(shè)計(jì) 168
5.3.3 變截面通道匹配磁場內(nèi)外徑的設(shè)計(jì) 169
5.3.4 原子密度分布對比 171
5.3.5 漸擴(kuò)通道樣機(jī)整體性能評估 172
第6章 會切場電推進(jìn)關(guān)鍵工程技術(shù)問題
6.1 永磁體工程設(shè)計(jì)對推力器性能的影響 178
6.1.1 永磁體形位公差的影響 178
6.1.2 永磁體裝配精度的影響 180
6.1.3 永磁體破缺的影響 181
6.2 推力器性能優(yōu)化及熱設(shè)計(jì)研究 182
6.2.1 實(shí)驗(yàn)條件下的原理樣機(jī)熱分布研究 183
6.2.2 永磁體的熱防護(hù) 186
6.2.3 散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 187
6.3 工程樣機(jī)性能測試及熱可靠性評估 188
第7章 會切場電推進(jìn)在衛(wèi)星無拖曳控制中應(yīng)用
7.1 無拖曳控制系統(tǒng)對高精度微推力器的任務(wù)需求 190
7.1.1 重力場測量無拖曳控制系統(tǒng)對推力器的需求分析 191
7.1.2 引力波探測無拖曳控制系統(tǒng)對推力器的需求分析 192
7.1.3 會切場電推進(jìn)在無拖曳控制系統(tǒng)中的發(fā)展優(yōu)勢 193
7.2 推力連續(xù)調(diào)節(jié)范圍研究 193
7.2.1 雙探針聯(lián)合推力測試的理論分析及系統(tǒng)搭建 193
7.2.2 會切場電推進(jìn)推力下限 201
7.2.3 會切場電推進(jìn)推力上限 203
7.2.4 會切場電推進(jìn)的推力分辨率 204
7.3 會切場電推進(jìn)噪聲特性分析 206
7.3.1 推力噪聲對無拖曳控制系統(tǒng)影響 206
7.3.2 推力器本身特性的影響 210
7.3.3 陽極電壓波動影響及抑制方案 212
7.3.4 工質(zhì)流量波動影響及抑制方案 214
7.3.5 閉環(huán)回路設(shè)計(jì)和系統(tǒng)優(yōu)化后的噪聲評估 215
參考文獻(xiàn) 222