[发明专利]霍尔推力器阳极热功率测量方法

说明书

霍尔推力器阳极热功率测量方法，属于霍尔推力器领域，本发明为解决直接阳极热功率测量方法处于技术瓶颈的问题。本发明方法包括以下步骤：步骤一、在阳极的外环面上沿周向均布N个热电偶，用于测量阳极温度T；在陶瓷放电通道的壁面上设置一个热电偶，用于测量阳极向周围热辐射的环境温度Tw；对阳极进行隔热处理；步骤二、启动霍尔推力器在设定工况下工作，在阳极温度T及阳极向周围热辐射的环境温度Tw都处于稳态的情况下突然关闭霍尔推力器，阳极进入持续散热的降温过程；测量关机时刻t_s后的△t内的阳极降温速率，并按公式求解出阳极热功率。

技术领域

本发明属于霍尔推力器领域。

背景技术

电推进是一项利用电能电离和加速工质气体，使其形成高速的等离子体射流从而产生推力的技术。与化学推进相比，电推进技术具有比冲高、推力小、重量轻和寿命长等特点，因而可以用作航天器的姿态控制、轨道转移和提升、轨道修正、阻力补偿、位置保持、离轨处理、宇宙探测和星际航行等任务。目前近百余颗卫星搭载各种电推进装置在轨执行任务，标志着航天推进系统逐渐由化学推进向电推进技术的改革，化学推力器最终将由发展成熟的电推力器所取代。

霍尔推力器作为一种已经成熟在轨应用的电推进装置，其推力性能和在轨应用的可靠性是目前受广泛关注的核心问题。根据霍尔推力器的能量体系分析，其总功率等于阳极热损失，电离损失，壁面损失，离子散射损失与有效动能相加之和。其中阳极热损失完全作用于推力器的阳极部件。阳极热损失的增加将会降低推力器的有效功率，降低推力器的整机性能。并且，由于霍尔推力器中阳极部件是薄壁件，体积质量较小，因此过大的阳极热功率会导致阳极过热，进而导致材料失效或者部件损坏，甚至导致推力器整机失效。因此，对于霍尔推力器而言，如何降低阳极的热功率是很重要的研究课题。这样，针对霍尔推力器的阳极功率测量和优化是目前受广泛关注的工程和理论问题。

目前针对霍尔推力器阳极功率的研究主要集中在理论预测和仿真阶段。Grys etal.研究和测量得到了一台4000W霍尔推力器的能量损失通过多点热电偶测量与一个有限元仿真计算模型的比照。根据已发表文献对霍尔推力器能量损失体系的分析，阳极上沉积的热功率主要受复合电子数量和复合电子的平均能量影响。因此，根据理论推导，阳极热功率可简单地表示为q_anode＝kI_dT_e，其中I_d是阳极上通过的电流，T_e是阳极上复合电子的平均电子温度，k是受不同放电工况影响下的阳极鞘层校正系数。但是由于霍尔推力器在工作过程中阳极是暴露在放电等离子体环境中，等离子体的不稳定性和放电环境影响着阳极热功率的测量，对直接阳极热功率进行测量方法形成了技术瓶颈。

发明内容

本发明目的是为了解决直接阳极热功率测量方法处于技术瓶颈的问题，提供了一种霍尔推力器阳极热功率测量方法。

本发明所述霍尔推力器阳极热功率测量方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、在阳极的外环面上沿周向均布N个热电偶，用于测量阳极温度T；在陶瓷放电通道的壁面上设置一个热电偶，用于测量阳极向周围热辐射的环境温度Tw；对阳极进行隔热处理；

步骤二、启动霍尔推力器在设定工况下工作，在阳极温度T及阳极向周围热辐射的环境温度Tw都处于稳态的情况下突然关闭霍尔推力器，阳极进入持续散热的降温过程；测量关机时刻t_s后的△t内的阳极降温速率并按下式求解出阳极热功率q_anode；

式中：

M表示阳极的有效质量；

C_p表示阳极材料的热容。

优选地，步骤一中阳极外环面上N个热电偶测量数据的平均值作为阳极温度T。