超大功率霍尔推力器放电参数影响仿真及试验

针对超大功率霍尔推力器放电参数特性评估，开展放电电压和流量等参数变化对性能影响的仿真及试验研究，以确定推力器设计最优匹配的放电电压及放电电流工况。建立了Particle-in-Cell(PIC)数值仿真模型，并搭建了HET-450大功率霍尔推力器试验平台；针对变放电电压、变流量下推力器放电特性，仿真计算给出了放电通道内原子密度、电势以及电子温度等分布，探究了推力器电离和加速运行机理，进一步，结合试验，开展了放电电流、推力等比对分析。结果表明：放电电压从300V增加至500V过程中，电离效率逐渐提升，因而放电电流、推力以及阳极效率均递增，而继续增加放电电压则会导致过热场的产生，离子与壁面作用增强导致电离出的离子再次复合，工质利用率下降的同时壁面损失增加，宏观表现为阳极效率的下降。此外，仿真与试验所获得放电电流、推力等结果符合良好，说明建模合适；在500V,80mg/s条件下，推力达2.1N、阳极效率60%，达到设计要求，表明设计合理有效。