10cm口径发散磁场离子推力器放电模型

为研究 10 cm口径发散磁场离子推力器内部的放电过程并对后续工程改进提供参考,采用COMSOL多物理场耦合软件建立推力器放电模型,获得关键放电参数,并根据试验结果进行验证.模拟结果表明:放电室内部上游磁极和下游磁极之间形成具有强烈发散特性的磁场,并在正交电场的影响下,使电子发生以磁力线为导向中心的霍尔漂移运动;放电室内部气体压强分布均匀且基本在 0.1～0.11 Pa范围内,大部分区域的中性原子密度约为 1.5×1019 m-3,流体速度在0.2～0.9 m/s的范围内且呈现明显的黏滞流特性;电子密度峰值出现在阴极出口区域,约为8.57×1018 m-3,阳极壁面附近及栅极上游区域的等离子密度约为 6.8×1017 m-3.试验结果显示:采用E×B探针测量得到双核离子占总束流离子比为14.1%,根据COMSOL计算值得到的0.353 mA束流理论值与0.323 mA的束流实测值比对误差为 9%,误差主要来自于仿真条件设置及试验测量.研究结果可为离子推力器工程化改进提供快速的放电参数分析及优化设计参考.