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1.北京航空航天大学 宇航学院，北京 100191 2.北京控制工程研究所，北京 100094 3.空间物理重点实验室，北京 100076

同轴微阴极电弧推力器的粒子网格法数值模拟

熊子昌1，耿金越2，陈轩3，王海兴1,*

1.北京航空航天大学 宇航学院，北京 100191 2.北京控制工程研究所，北京 100094 3.空间物理重点实验室，北京 100076

采用粒子网格(Particle-In-Cell,PIC)方法对同轴微阴极电弧推力器(μCAT)工作过程进行了模拟研究，并应用自相似方法对模型进行简化，获得了推力器羽流区的电子数密度分布、离子数密度分布、电势分布及离子轴向平均速度，通过改变磁感应强度和位形分析磁场对推力器内等离子体运动特性及推力器性能的影响。计算结果表明，电子被外加磁场捕获约束在磁力线附近，低速离子与高速电子形成的双极扩散电场加速离子喷出；在相同流量情况下，磁感应强度0.02 T时，离子返流严重，磁感应强度0.05～0.30 T时，磁感应强度变化对速度影响较小；磁场位形对离子运动和推力器性能有较大影响，磁力线与轴线夹角较小时离子速度下降明显，夹角较大时离子返流严重。

同轴微阴极电弧推力器；粒子网格法；自相似法；磁感应强度；磁场位形

微阴极电弧推力器是美国乔治华盛顿大学近年来研制的一种新型推力器，主要有同轴和环形两种结构[1]，同轴微阴极电弧推力器结构示意如图1所示。其主要工作原理是电弧烧蚀阴极材料产生较高电离度的等离子体，在电场和磁场的共同作用下高速喷出而产生推力，外加磁场能够提高等离子体轴向速度,减小羽流扩散角,提高推力器比冲。……