AIAA Propulsion and Energy 2019 Forum 2019
DOI: 10.2514/6.2019-4078
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Hall thruster with externally driven oscillations

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“…However, despite that the conditions for the instabilities development ( ⃗ E∇n > 0) are still preserved, at the same time the physical parameters differ significantly. The LaPlaS separator has a larger size (diameter 50 cm instead of 26 cm in experiment [32] and 5 cm in the simulation [30]) and an order of magnitude higher magnetic field (1.4 kG instead 0.1 kG in previous study), which leads to magnetization of not only the electronic, but also the ionic component. The average radial electric field is also larger (10-15 V cm −1 instead of 2 V cm −1 ).…”
Section: Introductionmentioning
confidence: 79%
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“…However, despite that the conditions for the instabilities development ( ⃗ E∇n > 0) are still preserved, at the same time the physical parameters differ significantly. The LaPlaS separator has a larger size (diameter 50 cm instead of 26 cm in experiment [32] and 5 cm in the simulation [30]) and an order of magnitude higher magnetic field (1.4 kG instead 0.1 kG in previous study), which leads to magnetization of not only the electronic, but also the ionic component. The average radial electric field is also larger (10-15 V cm −1 instead of 2 V cm −1 ).…”
Section: Introductionmentioning
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“…In the cited works, the experimental setup described in [32,33] is modeled, which is qualitatively similar to the LaPlaS setup. However, despite that the conditions for the instabilities development ( ⃗ E∇n > 0) are still preserved, at the same time the physical parameters differ significantly.…”
Section: Introductionmentioning
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“…作为一种 EB  构型的放电装置,霍尔推力器放电过程涉及中性原子电离、二次电子发 射、等离子体与壁面相互作用、带电粒子漂移运动等复杂物理过程 [2] 。这些过程将通过直接 或间接的方式引起放电室内等离子体的不稳定性,宏观表现为频率介于KHz~GHz范围内的 放电电流振荡 [3] 。放电电流振荡意味着推力器内部等离子体密度分布随时间在发生变化 [4] 。 Choueiri把霍尔推力器中频率介于1~100KHz的振荡分成四类 [3] :1)由电离不稳定性引起,频 率介于1~20KHz的轴向振荡;2)与电离过程有关,频率介于5~25KHz的角向振荡;3)由等离 子体密度梯度和磁场梯度引起,频率介于20~60KHz的角向漂移不稳定性;4)由碰撞或其他 效应引起,频率介于20~100KHz的振荡。霍尔推力器中的放电振荡将导致:1)推力器羽流发 散角增加 [5] ; 2)增加功率处理单元的负载 [3] ; 3)引起推力器非正常熄弧 [6] ; 4)加速推力器失效, 缩短工作寿命 [7] ;5)降低推力器的效率 [8,9] 等不良影响。 呼吸振荡作为霍尔推力器中的一种常见振荡模式,通常表现出低频、大振幅的特性。 1977年Tilinlin在测量霍尔推力器的放电电流时首次发现了呼吸振荡 [10] ,并认为这一振荡是 电子的分布受等离子体影响所导致。 1997年, Fife首次利用 "捕食者-被捕食者" (Predator-Prey, P-P)模型分析了霍尔推力器中的呼吸振荡, 利用该模型得到的模式振荡频率与二维计算结果 符合较好 [11] 。在P-P模型中将离子看作是"捕食者" ,中性原子看作是被"被捕食者" ,振荡 的频率正比于离子的速度反比于放电通道的长度。1998年,Boeuf和Garrigues利用一维混合 模型研究了呼吸振荡,认为呼吸振荡是由中性气体周期性的消耗和补偿引起,振荡周期为 中性原子代替被电离原子的时间 [12] 。这一结论能够很好的解释Darnon等人的试验结果 [13] 。 Barral构建了包含时间依赖关系的一维模型研究呼吸振荡,但模型计算得到的振荡频率与试 验测量值之间的误差较大 [14] 。Chable和Rogier对呼吸振荡的激发因素持有不同的观点,他们 认为电流和自身电场的耦合是引起呼吸振荡的原因 [15] 。 Huang等人利用高速双郎缪尔探针和 傅里叶变换方法研究了背景压强对呼吸振荡的影响。结果表明随着背景压强的增加,电离 区和加速区缩短,振荡频率将相应地增加 [16] 。背景压强对呼吸振荡的影响,有可能导致推 力器性能的天地差异。 此外,试验和数值模拟结果表明,工质流率大小、工质种类 [17,18] ,放电电压 [19] 、放电 通道材料 [20] 、磁场位形,以及磁场强度 [21] 都将对呼吸振荡特性产生影响。模式的振荡频率、 离子速度随着放电电压的增加而增加 [22] ,放电电流振荡幅值随着磁场强度的增加先增加后 减小 [20] 。与其他陶瓷材料相比,在相同的磁场位形下,采用氮化硼陶瓷作为推力器放电通 道时,放电振荡的幅值最小 [23] 。Raitses、Granstedt、Smirnov等人的工作表明,阴极对霍尔 推力器中的低频放电振荡也有重要的影响,通常表现为当阴极发射电子的能力超过阴极自 持放电能力时,对低频放电振荡具有抑制作用 [24][25][26] 。 在呼吸振荡抑制方面,Tamida等人通过对电势、磁场等物理参数的调控实现了对霍尔 推力器中低频振荡的抑制 [27] ,Barral等人基于主动控制的思路利用电阻、电感、电容组成的 RLC滤波电路,结合比例-积分-微分(Proportional-Integral-Derivative,PID)方法对磁场控制, 实现了对霍尔推力器呼吸振荡的主动控制 [28] 。Ratises 等人研究结果表明采用对阳极电压调 控的方法可以改变离子密度和离子速度振荡的相位差 [29] 。Yu等人利用包含RLC滤波电路的 一维模型发现呼吸振荡的幅值随滤波电路电感和电阻的增加而降低,采用合适的滤波电路 参数,呼吸振荡能够被完全稳定 [30] 。在电感值相同的情况下,由于电感元器件的频率特性 不同对低频放电振荡的影响也将不同 [31] 。Barral等人数值研...…”
Section: 信、气象监测等领域得到了广泛的应用,用于执行卫星的位置保持和轨道修正等任务。unclassified
“…During their transit the electrons are trapped in the magnetic field near the channel exit, thereby increasing their residence time, where they ionize the xenon gas and sustain the plasma. The Hall thruster is an example of a E × B discharge [44].…”
Section: Hybrid Modeling For Hall Thrustersmentioning
confidence: 99%