罗杨 陈茂林 苏冬冬 许诺 王忠晶 韩志聪 赵豪

1) (北京机械设备研究所,北京 100854)

2) (西北工业大学,燃烧、热结构与内流场重点实验室,西安 710072)

磁等离子体动力学推力器是空间高功率电推进装置的典型代表,磁等离子体动力学过程是其核心工作机制.为深入理解外磁场对其工作特性的影响,本文采用粒子云(particle in cell,PIC)方法结合基于自相似准则的缩比模型,进行外加磁场作用下磁等离子体动力学推力器工作过程的建模仿真,通过与实验结果对比验证模型和方法的可靠性,并重点分析推力器点火启动过程的等离子特性参数分布,以及外磁场和阴极电流对推力器工作性能的影响.研究结果表明:阴阳极放电电弧构建是推力器启动和高效工作的关键步骤;外磁场强度较低工况不利于构建稳定放电电弧,等离子体束流集中于轴线附近,推力主要产生机制是自身场加速;外磁场强度较高时,阴阳极放电电弧稳定,推力产生主要机制是涡旋加速,推力、比冲随外磁场强度线性增大;推力器效率随阴极电流和外磁场强度增大而增大;放电电压随阴极电流增大而增大,但随外磁场强度的增大表现出先减小后增大的趋势.

1 引言

磁等离子体动力学推力器(magnetoplasmadynamic thruster,MPDT)是通过洛伦兹力产生推力的航天推进装置,也称洛伦兹力加速器,可实现兆瓦级功率和百牛级推力性能,是高功率、大推力电推力器的重要发展方向.MPDT 在美国、前苏联/俄罗斯、日本、德国、意大利、中……