免费论文：附加场磁等离子体体推力器数值模仿与试验计划接洽

附加场磁等离子体体推力器（Applied-field Magnetoplasmadynamic Thruster，AF-MPDT）是一种运用等离子体体在电磁力和缓能源搀和加快效率下爆发推力的高比冲、大推力和高功效的加快安装，在将来巨型航天器的轨迹遏制、深空探测和星际飞翔等空间工作中有宏大的运用远景。推力器处事的物理进程、加快体制及能量变换进程的接洽对于普及推力器本能和优化构造安排具备要害的意旨。本文华用Particle-In-Cell和Monte Carlo Collision（PIC-MCC）本领对AF-MPDT的处事进程举行数值模仿，创造了表面和数值模子，接洽了附加磁场对物理进程的感化、等离子体体加快体制和加快通道内能量变换体制。数值计划模子沿用NASA LRC的试验数据完备的100 kW MPDT。物理进程与附加磁场联系的接洽获得了粒子的直观和微观个性，对精细的计划进程和等离子体体个性随磁场参数变革的顺序举行了精致的刻画。附加磁场强度的变革范畴为0–0.12 T，计划获得的附加磁场与推力的变革联系与试验数据比较动作考证表面本领的普通。模仿获得了加快地区离子密度、速率和温度散布伴随依附加磁场强度变革的顺序。经过那些截止，可获得在推力器尖端放电区附加磁场对物理进程的感化联系。沿用PIC本领对尖端放电交流电为1000–1500 A，品质流率为0.025–0.1 g/s，附加磁场强度为0.034–0.102 T 的AF-MPDT的物理加快体制举行了建立模型。加快模子对AF-MPDT举行了普通性接洽，获得了以次论断：（1）等离子体体加快中，涡旋加快是最重要的奉献者。自己场加快，霍尔加快，气动加快和涡旋加快效力巨细的好像比率为1:10:10:100。（2）霍尔加快效力重要由电子涡旋爆发，其巨细不伴随依附加磁场的变革而变革，随交流电的增大有微弱的减少。（3）对一切的工况，自己场加快可忽视不计，气动加速率的奉献伴随依附加磁场、尖端放电交流电和品质流率的增大而减少。碰撞等离子体体能量传播和变换体制接洽创造了单粒子–磁场模子，单粒子–电磁场模子和多粒子–电磁场–碰撞模子。模子中磁场强度范畴为0.01–0.05 T，电极电压为22.0–32.0 V，沿用PIC本领盯梢电子和离子的疏通和能量变革。赢得了如次论断：（1）在分散磁场中，磁化电子的径向和角向能量变换成轴向能量，非磁化离子的角向能量变换成轴向和径向重量。（2）在电磁场中，磁化电子，经过磁场的变换效率，将赢得的电能重要变换成轴向电能。对于非磁化离子，传播的电能重要由径向电能重量赢得。（3）对于碰撞等离子体体，电子电能在确定范畴内呈减少–减小的趋向变革，重要由于电子在碰撞中丢失能量，而后又在碰撞间歇时从磁场赢得能量。离子重要从磁场中赢得能量，局部电能经过碰撞从电子传向离子。离子轴向能量占离子总能量的重要局部。碰撞在等离子体体非径直目标能量向灵验目标变换进程中起要害效率。试验接洽局部举行了AF-MPDT道理原型机安排、附加磁场线圈安排和大地模仿体例安排，提出了大功率电源、空腹负极等要害题目的处置计划。

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