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 基于考夫曼离子源的氮氧来流模拟装置仿真及实验研究 |
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王泽凯 哈尔滨工业大学 摘要：近年来,各国竞相布局低轨卫星系统。然而,低轨卫星的在轨寿命受限于其所携带的推进剂数量,且为了抵消大气阻力,推进剂消耗量更高。吸气式电推进技术通过利用环境中稀薄的氮气与氧气作为工质,为解决这一难题提供了有效途径。其中,氮气与氧气作为低轨大气的主要成分,是吸气式电推进来流模拟的关键对象,其流动速度约为8km/s,远远低于传统离子源束流速度。本文据此开展低速氮氧来流模拟研究,为吸气式电推进的来流模拟提供技术支撑。 首先,面向氮氧工质电离电离能高,难以电离及束流引出困难的问题,开展基于考夫曼离子源的氮氧工质来流模拟装置设计。通过FEMM以及ANSYS开展磁场仿真工作,明确了各种不同磁路结构对磁场影响规律,提出了基于三对永磁柱阵列的来流模拟装置磁路结构,完成了电离室磁路设计,在电离室形成了均化磁场,实现了氮气工质的电离。通过COMSOL稀薄气体流动模拟完成了气体分配器的结构设计,实现了电离室气体密度分布均匀;通过理论计算完成了光学系统中各个栅孔的设计;最终初步完成了基于考夫曼离子源的氮氧工质来流模拟装置的设计。 其次,针对传统考夫曼离子源羽流速度远高于低轨来流的现实情况,基于初步设计的氮氧工质来流... 更多 关键词： 来流模拟装置;低速氮氧来流;考夫曼离子源;VSIM;多栅极结构; 专辑： 工程科技Ⅱ辑 专题： 航空航天科学与工程;动力工程 DOI： 10.27061/d.cnki.ghgdu.2025.000614 分类号： V439.4 导师： 丁永杰 |
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(2025-6-4)
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