脉冲高压霍尔等离子体推进器的研究

对放大尺寸(出口直径150 mm)的圆柱形阳极层霍尔等离子体加速器进行了实验和数值研究。实验发现此霍尔等离子体加速器工作稳定，可以在较高的功率上运行(大于3KW)，电流利用率较高，可超出90%，工作电压范围很宽，可在300-2000v间工作。束流汇聚性良好。在较低气压(0.03Pa)下，可得到半高宽40 mm左右的离子束流。通过对圆柱形阳极霍尔等离子体加速器进行三维Particle in Cell数值模拟，发现在阳极附近，由磁场决定的离子发射面导致了聚中束流的产生，同时模拟发现只有很少的离子与壁碰撞，从而产生较高的引出效率。在更高的气压下模拟，发现了电子密度、轴向电场和离子束输出的呼吸式振荡，不同于传统的因为中性气体消耗和补充出发的呼吸效应，模拟得到的等离子体呼吸振荡完全由聚中束流引发的较高的空间电势触发。靠近阳极处的轴向电场被聚中束产生的空间电势所压制，产生大幅度的降低，从而引发电子密度减少47%。较高气压下聚中的离子束会最终爆裂，随后放电恢复到常态并引发下一个循环，模拟得到的纯电势驱动的呼吸效应的频率为~167 kHz – ~250 kHz，并且随着放电电压的升高而降低。