會切場電推進原理

目錄
叢書序
前言
第1章 緒論
1.1 會切場電推進的基本概念 001
1.2 空間電推進系統(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用 022
1.4.3 會切場電推進的發(fā)展歷史 027
1.5 基于會切場電推進的航天任務分析 031
1.5.1 會切場電推進的工作特點分析 031
1.5.2 軌道保持任務 032
1.5.3 全電推進和深空探測任務 035
1.5.4 高精度科學探測任務 037
第2章 會切場電推進的加速過程
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 042
2.2 會切場電推進加速的特殊問題 046
2.2.1 磁場分布的復雜性 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驗設置 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 加速電場的形成機制研究 063
2.4.1 多級會切磁場中電子傳導方式的探究 063
2.4.2 會切場電推進中的電子傳導路徑 067
2.4.3 兩種特征模式下離子加速機制研究 074
2.4.4 電子傳導路徑的實驗驗證 078
第3章 會切場電推進的電離過程
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)離子對應電離區(qū)特性研究 089
3.2.2 Ⅲ區(qū)離子對應電離區(qū)特性研究 092
3.2.3 Ⅰ區(qū)離子對應電離區(qū)特性研究 095
3.3 會切場電推進各電離區(qū)的形成機制 099
3.3.1 通道內(nèi)電離區(qū)的形成機制 099
3.3.2 出口電離區(qū)的形成機制 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)變機制 112
3.5 會切場電推進大范圍連續(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 會切場電推進磁場設計
4.1 會切場電推進磁路的選擇與理論設計 125
4.1.1 永磁體材料的選擇 125
4.1.2 磁感應強度的設計 126
4.1.3 磁鏡效應的影響 130
4.2 磁場對推力器影響的實驗研究 132
4.2.1 通道內(nèi)磁感應強度影響的實驗研究 132
4.2.2 羽流區(qū)磁感應強度影響的實驗研究 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驗 145
第5章 會切場電推進放電通道設計
5.1 大推力調(diào)節(jié)比造成推力器設計的矛盾 151
5.1.1 會切場電推進變截面研究現(xiàn)狀 152
5.1.2 變截面設計的兩種思路 156
5.2 基于電離區(qū)通道截面突變設計的電離增強 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 基于漸擴通道的設計方案 162
5.3.1 基于*優(yōu)通流密度原則的通流面積估計 162
5.3.2 基于電離加速匹配的變截面設計 168
5.3.3 變截面通道匹配磁場內(nèi)外徑的設計 169
5.3.4 原子密度分布對比 171
5.3.5 漸擴通道樣機整體性能評估 172
第6章 會切場電推進關鍵工程技術問題
6.1 永磁體工程設計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)化及熱設計研究 182
6.2.1 實驗條件下的原理樣機熱分布研究 183
6.2.2 永磁體的熱防護 186
6.2.3 散熱結構設計 187
6.3 工程樣機性能測試及熱可靠性評估 188
第7章 會切場電推進在衛(wèi)星無拖曳控制中應用
7.1 無拖曳控制系統(tǒng)對高精度微推力器的任務需求 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 會切場電推進推力下限 201
7.2.3 會切場電推進推力上限 203
7.2.4 會切場電推進的推力分辨率 204
7.3 會切場電推進噪聲特性分析 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)回路設計和系統(tǒng)優(yōu)化后的噪聲評估 215
參考文獻 222