30cm离子推力器三栅极组件设计参数对寿命的影响研究

作     者：孙明明 张天平 高俊 孙运奎 陈小强 SUN Ming-ming;ZHANG Tian-ping;GAO Jun;SUN Yun-kui;CHEN Xiao-qiang

作者机构：兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室甘肃兰州730000 兰州交通大学自动化与电气工程学院甘肃兰州730000 

基　　金：真空低温技术与物理重点实验室基金(6142207030103) 

出 版 物：《推进技术》 (Journal of Propulsion Technology)

年 卷 期：2019年第40卷第2期

页      码：472-480页

摘      要：为了研究30cm离子推力器三栅极组件设计参数对预估寿命的影响,在完成失效模式分析的基础上,通过PIC-MCC方法对离子推力器三栅极组件的离子溅射速率进行了计算,建立起栅孔二维寿命预估模型,并针对栅极设计参数对预估寿命的影响进行研究。结果显示:导致三栅极组件的主要失效模式为5kW高功率模式下的离子直接轰击所造成的栅极早期结构失效,且减速栅的过快离子溅射腐蚀成为影响三栅极组件寿命的关键,而不同工作模式不会产生新的失效方式,仅影响栅极的离子溅射速率以及寿命;在现有三栅极设计参数条件下,当推力器工作时,栅极引出的离子束流处于明显欠聚焦状态,且加速栅寿命预估值约为9062h,而减速栅约为2642h;通过PIC-MCC方法得到的栅极三个关键设计参数对寿命的影响模拟结果显示,降低加速栅电压对提升减速栅寿命的作用较小;缩小加速栅与减速栅冷态间距后,离子溅射速率会随着冷态间距的缩小逐渐降低,冷态间距由1mm缩小至0.6mm后,减速栅在5kW工况下的工作寿命可提升至10726h,且经试验验证该间距可满足推力器力学环境试验要求;缩小屏栅孔径对改变离子束流引出形状具有显著作用,单孔束流发散角度随着屏栅孔径的缩小出现了明显降低,且束流离子几乎不会再直接轰击至减速栅上游区域,当屏栅孔径由1.9mm缩小至1.6mm后,减速栅工作寿命可提升至9259h;分析结果对后续开展栅极组件的寿命优化设计提供了参考。

主 题 词：离子推力器 三栅极组件 设计参数 寿命预估 

学科分类：080703[080703] 08[工学] 082502[082502] 0807[工学-电子信息类] 0802[工学-机械学] 0825[工学-环境科学与工程类] 

核心收录：

D　O　I：10.13675/j.cnki.tjjs.180142

馆 藏 号：203458983...