空间电推进科学与技术丛书会切场电推进原理

目录
丛书序
前言
第1章 绪论
1.1 会切场电推进的基本概念 001
1.2 空间电推进系统的主要性能参数 003
1.2.1 推力 003
1.2.2 总冲与比冲 003
1.2.3 功率与效率 004
1.3 电推进等离子体的主要过程及描述方法 007
1.3.1 电磁场作用下的单粒子运动 007
1.3.2 碰撞、激发、电离 012
1.3.3 电粒子与壁面的相互作用 014
1.3.4 等离子体的宏观描述 017
1.4 基于会切场约束的电推力器实现过程 021
1.4.1 多级会切磁场约束具有高效电离的特性 021
1.4.2 会切磁场在其他等离子装置中的应用 022
1.4.3 会切场电推进的发展历史 027
1.5 基于会切场电推进的航天任务分析 031
1.5.1 会切场电推进的工作特点分析 031
1.5.2 轨道保持任务 032
1.5.3 全电推进和深空探测任务 035
1.5.4 高精度科学探测任务 037
第2章 会切场电推进的加速过程
2.1 会切磁场电磁加速原理 040
2.1.1 静电和电磁加速的基本概念 040
2.1.2 会切场约束下的电子传导 042
2.2 会切场电推进加速的特殊问题 046
2.2.1 磁场分布的复杂性 046
2.2.2 两种放电模式 047
2.2.3 电势分布的特殊性 050
2.3 会切场电推进的放电模式及其加速特性 051
2.3.1 离子电流及离子能量空间分布测量的实验设置 051
2.3.2 两种特征模式下羽流特征分析 054
2.3.3 离子加速电场的特性分析 058
2.4 加速电场的形成机制研究 063
2.4.1 多级会切磁场中电子传导方式的探究 063
2.4.2 会切场电推进中的电子传导路径 067
2.4.3 两种特征模式下离子加速机制研究 074
2.4.4 电子传导路径的实验验证 078
第3章 会切场电推进的电离过程
3.1 会切场约束条件下的电离过程分析 082
3.1.1 电推进磁场约束下的充分电离条件 082
3.1.2 多级会切磁场电离带来的新的问题 084
3.2 多重电离区的分区特性研究 086
3.2.1 Ⅱ区离子对应电离区特性研究 089
3.2.2 Ⅲ区离子对应电离区特性研究 092
3.2.3 Ⅰ区离子对应电离区特性研究 095
3.3 会切场电推进各电离区的形成机制 099
3.3.1 通道内电离区的形成机制 099
3.3.2 出口电离区的形成机制 101
3.4 两种模式电离区分布变化与推力器性能差异的影响研究 105
3.4.1 两种特征模式中电离区分布变化对效率的影响 105
3.4.2 两种特征模式中电离区分布变化对性能的影响 107
3.4.3 模式转变过程中的共性规律 109
3.4.4 放电模式的转变机制 112
3.5 会切场电推进大范围连续调节特性形成原因 117
3.5.1 低功率条件下稳定放电的因素分析 117
3.5.2 高功率条件下稳定放电的因素分析 118
3.6 替代工质电离特性 119
第4章 会切场电推进磁场设计
4.1 会切场电推进磁路的选择与理论设计 125
4.1.1 永磁体材料的选择 125
4.1.2 磁感应强度的设计 126
4.1.3 磁镜效应的影响 130
4.2 磁场对推力器影响的实验研究 132
4.2.1 通道内磁感应强度影响的实验研究 132
4.2.2 羽流区磁感应强度影响的实验研究 133
4.2.3 磁分界面对束流聚焦的影响分析 136
4.3 推力器磁极长度的优化 142
4.3.1 通道内多个电离区之间的影响关系 142
4.3.2 永磁体磁极长度的影响 143
4.3.3 电离级长度对性能的影响实验 145
第5章 会切场电推进放电通道设计
5.1 大推力调节比造成推力器设计的矛盾 151
5.1.1 会切场电推进变截面研究现状 152
5.1.2 变截面设计的两种思路 156
5.2 基于电离区通道截面突变设计的电离增强 157
5.2.1 凸台位置对推力器性能的影响 159
5.2.2 凸台高度对推力器性能的影响 160
5.3 基于渐扩通道的设计方案 162
5.3.1 基于*优通流密度原则的通流面积估计 162
5.3.2 基于电离加速匹配的变截面设计 168
5.3.3 变截面通道匹配磁场内外径的设计 169
5.3.4 原子密度分布对比 171
5.3.5 渐扩通道样机整体性能评估 172
第6章 会切场电推进关键工程技术问题
6.1 永磁体工程设计对推力器性能的影响 178
6.1.1 永磁体形位公差的影响 178
6.1.2 永磁体装配精度的影响 180
6.1.3 永磁体破缺的影响 181
6.2 推力器性能优化及热设计研究 182
6.2.1 实验条件下的原理样机热分布研究 183
6.2.2 永磁体的热防护 186
6.2.3 散热结构设计 187
6.3 工程样机性能测试及热可靠性评估 188
第7章 会切场电推进在卫星无拖曳控制中应用
7.1 无拖曳控制系统对高精度微推力器的任务需求 190
7.1.1 重力场测量无拖曳控制系统对推力器的需求分析 191
7.1.2 引力波探测无拖曳控制系统对推力器的需求分析 192
7.1.3 会切场电推进在无拖曳控制系统中的发展优势 193
7.2 推力连续调节范围研究 193
7.2.1 双探针联合推力测试的理论分析及系统搭建 193
7.2.2 会切场电推进推力下限 201
7.2.3 会切场电推进推力上限 203
7.2.4 会切场电推进的推力分辨率 204
7.3 会切场电推进噪声特性分析 206
7.3.1 推力噪声对无拖曳控制系统影响 206
7.3.2 推力器本身特性的影响 210
7.3.3 阳极电压波动影响及抑制方案 212
7.3.4 工质流量波动影响及抑制方案 214
7.3.5 闭环回路设计和系统优化后的噪声评估 215
参考文献 222