场致发射电推力器羽流分布特性仿真

场致发射电推力器(FEEP)是微型电推进装置的典型代表.为深入理解结构参数对推力器性能的影响机制,本文采用PIC粒子模拟方法进行泰勒锥射流纳米尺度结构至宏观毫米尺度结构的羽流场仿真,并分析结构参数变化导致的羽流形貌差异及其对推力器性能参数的影响.研究结果表明:发射极高度是决定推力器束流是否会分叉的关键参数,低于300μm的发射极高度易于导致束流分叉并严重影响推力器性能和寿命;引出栅极槽宽是决定束流发散角和推力比冲性能的关键参数,其影响幅值可达30％～50％,羽流发散角随槽宽增加而增大,推力比冲随之减小;发射极-引出栅极间距对推力器性能影响相对较小,可在较大范围内支持推力器稳定高效工作.根据FEEP推力器性能随结构参数的变化规律,建议结构参数取值范围为:发射极高度500～1000μm,引出栅极槽宽2000μm左右,发射极-引出栅极间距360～1300μm.