申请/专利权人：国科大杭州高等研究院

申请日：2022-03-02

公开（公告）日：2024-04-05

公开（公告）号：CN114662417B

主分类号：G06F30/28

分类号：G06F30/28;G06F30/25;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.05#授权;2022.07.12#实质审查的生效;2022.06.24#公开

摘要：霍尔推力器推力密度分布计算方法，包括：步骤一，建立霍尔推力器推力分布物理模型；步骤二、获得霍尔推力器的推力密度分布表达式：其中霍尔推力器总推力密度分布为单价离子、双荷离子和电荷交换离子产生的推力密度分布之和；步骤三、获取霍尔推力器喷出束流粒子中各组分离子的运动参数：采用PIC‑MCC方法获得计算稳定后的等离子体流场参数，定义流场中电势为0的面为分界面S1获取运动参数数据；步骤四、获取霍尔推力器喷出束流粒子中各组分离子的推力密度分布；步骤五、计算霍尔推力器喷出束流粒子的推力密度分布。本发明解决了霍尔推力器推力密度分布特性求解的难题，实现推力密度分布特性的定量计算，为霍尔推力器推力性能优化与评价提供基础。

主权项：1.霍尔推力器推力密度分布计算方法，其特征是：包括如下步骤，步骤一，建立霍尔推力器推力模型霍尔推力器推力主要通过喷出束流粒子而产生推力，空间中霍尔推力器与喷出束流粒子之间满足动量平衡关系，根据牛顿第三定律，霍尔推力器工作时在轴向产生推力表达式如下： 式中，Ftotal为总推力，单位为N；为喷出束流粒子的质量流量，单位为kgs，为喷出束流粒子的平均速度，单位为ms；步骤二、获得霍尔推力器的推力密度表达式喷出束流粒子中电子质量远小于离子，中性原子速度远小于离子速度，忽略电子和原子产生的推力；即霍尔推力器轴向推力主要来源于单价离子、双荷离子、电荷交换离子，推力表达式为： 其中，分别为单价离子、双荷离子和电荷交换离子的质量流量，单位为kgs；分别为单价离子、双荷离子和电荷交换离子的平均速度，单位为ms；定义推力密度为单位面积上产生的轴向推力，则进一步得到推力密度的计算公式如下： 其中，f0为霍尔推力器的总推力密度，f1、f2、f3分别为单价离子、双荷离子和电荷交换离子产生的推力密度，单位均为mNcm2；步骤三、获取霍尔推力器喷出束流粒子中各组分离子的运动参数获取霍尔推力器喷出束流粒子的等离子体流场参数，在获得的等离子体流场参数中提取电势分布，定义流场中电势为0的面为分界面S1，并分别获取如下数据：在S1上统计单价离子流信息，并获得单价离子在S1分界面上不同位置处的密度分布、速度分布、运动方向与轴向夹角，分别记为在S1上统计双荷离子流信息，并获得双荷离子在S1分界面上不同位置处的密度分布、速度分布和运动方向与轴向夹角，分别记为在S1上统计电荷交换离子流信息，并获得电荷交换离子在S1分界面上不同位置处的密度分布、速度分布和运动方向与轴向夹角，分别记为步骤四、获取霍尔推力器喷出束流粒子中各组分离子的推力密度分布根据公式1，S1分界面上位置微元面积产生的轴向推力dF表示为： 式中，mxe为离子质量，单位kg；n为离子密度，单位为个m3；为离子流平均速率，单位为ms；θ为离子运动方向与霍尔推力器轴向之间的夹角，β为微元面积法向与推力器轴向之间夹角；则推力密度为： 即霍尔推力器的轴向推力密度分布为： 进一步得到喷出粒子流中多组分粒子推力密度分布分别如下： 步骤五、计算霍尔推力器喷出束流粒子的推力密度分布在霍尔推力器内距离分界面S1的空间位置处的推力密度分布计算表达式为： 由此计算出霍尔推力器的推力密度分布。

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