工作环境参数对空心阴极耦合放电特性的影响

【作者】 柳然； 刘伟； 李亦非； 王伟宗； 张广川； 汤海滨； 苗鹏； 王园丁；

【机构】 北京航空航天大学宇航学院； 上海空间推进研究所；

【摘要】 空心阴极是霍尔推力器的重要组成部分,常常作为推力器的子系统单独开发、测试和研究。然而,空心阴极与霍尔推力器耦合工作时常常发生两者不匹配的现象,这是空心阴极工作的环境不同导致的,因此需要研究工作环境参数对空心阴极耦合放电特性的影响,准确评估空心阴极在工作环境中的性能。为此,我们针对霍尔推力器的特点开发了空心阴极工作环境模拟装置,依托此装置,以旁置阳极的影响为中心对空心阴极的放电特性进行了研究,进一步,探究了阳极面积-流场和阳极面积-磁场的配合关系。实验发现,阳极面积增大会使气孔附近的电场减弱,电子获得的能量更少,进而使得电子-中性原子的碰撞更少,电子更容易自由的到达阳极,形成阳极电流,从而降低阳极电压。同样的,气体流量的增大,都会使电离加剧,升高电子数密度,降低阳极电压,此外,阴极流量比阳极流量对放电参数的影响更小。磁场增强则会起到升高阳极电压的作用,因为磁场本质上是通过束缚阴极电子来产生效果的。磁场增强首先会抑制短路的现象,而电子到达气孔附近时由于中性气体密度高,使得碰撞和电离增强,发生跨场输运过程、提升中心区域的电子密度,将放电电流逐步集中在小阳极环上。于此同时,电离和碰撞会消耗更多能量,为了维持恒定的放电电流,阳极电压就会自洽的升高,最终在宏观参数上表现为阳极电压升高。更多还原