[发明专利]测量霍尔推力器壁面热沉积功率的方法

说明书

本发明是测量霍尔推力器壁面热沉积功率的方法。在霍尔推力器陶瓷壁面外侧钻安装孔(盲孔)，不破坏放电通道；在各个测温点的安装孔位置布置热电偶，热电偶头部探测端固定在安装孔底部，温度测温线的输出端引出至采集系统；将热电偶安装孔用氮化硼粉末重新填充，固定热电偶且有利于热电偶与陶瓷壁面的接触；设备安装完毕后启动霍尔推力器，待霍尔推力器壁面温度达到稳定后，记录不同测温点的稳态温度即可得到壁面热沉积功率。本发明避免了对等离子体参数的直接诊断，从而将霍尔推力器工作过程中等离子体与壁面作用的复杂微观物理过程通过宏观热流呈现出来，对研究霍尔推力器内部等离子体与壁面作用的规律提供一种可行的实验手段。

技术领域

本发明涉及测量热流技术领域，是一种测量霍尔推力器壁面热沉积功率的方法。

背景技术

霍尔推力器是一种先进的空间推进技术，在美俄等航天大国得到了广泛运用。它具有结构简单、比冲高、效率高等优点，可大幅降低卫星质量、提高寿命、增加有效载荷，现主要应用于卫星的姿态控制、轨道机动以及位置保持等对控制精度要求高的在轨任务。

在霍尔推力器放电工作的过程中，伴随着一系列的能量转化过程，其中只有轴向的羽流动能是产生推力的有效能量，但是在工质气体电离并加速喷出形成推力的过程中，电离产生的等离子体不可避免地会同推力器结构件产生相互作用，将从电场中获得的能量转化为推力器结构件的热能，因而产生不必要的能量损失。在霍尔推力器中，等离子体与放电通道内结构件的相互作用从而产生的能量损失在其能量损失体系中占据显著地位，其中最重要的就是等离子体与壁面作用产生的热沉积。对于高电压霍尔推力器，由于等离子体能够从电场中获得更高的能量，因此等离子体与壁面作用更加剧烈，壁面热沉积更严重，实验中也经常会发现高电压工况下陶瓷壁面更容易出现过热发红的现象。对于部分小功率推力器，由于其面容比大，等离子体与推力器壁面作用面积更大，壁面热沉积导致的能量损失不可忽视，因而总效率偏低，壁面热沉积是制约霍尔推力器效率的主要因素之一。因此，研究壁面热沉积规律，进而找出降低壁面热沉积的有效技术手段，从而提高霍尔推力器的效率成为一个重要课题。

霍尔推力器壁面热沉积来自于等离子体与绝缘壁面的相互作用，若通过实验方法研究壁面热流的规律，需要对通道内部等离子体信息进行诊断。推力器工作期间大量的粒子与壁面碰撞进而与壁面产生热交换，离子与壁面碰撞后与电子复合成为原子反弹出来，测量离子沉积功率需要对壁面离子通量、离子能量、以及离子入射壁面的角度等信息进行诊断。放电通道壁面的二次电子发射作用也使得壁面能量沉积机制更加复杂，理论上分析壁面电子沉积功率P_e＝P_e,in-P_e,out，其中，P_e,in为壁面入射电子功率，P_e,out为壁面出射电子功率。因此，测量壁面电子沉积功率需要对入射电子和出射电子的信息进行区分，然而目前并没有可行的技术方法来实现。霍尔推力器放电过程中对壁面结构构型、壁面材料以及放电工况非常敏感，而目前针对霍尔推力器放电通道内部等离子体诊断的技术在实施时均需要直接破坏放电通道，安装诊断设备，因而使得实验测量数据偏离实际工作状态。现有霍尔推力器放电通道内部等离子体诊断手段的缺点对直接测量放电通道内等离子体参数进而得到壁面热沉积功率形成了技术瓶颈。

发明内容

本发明为解决现有存在的问题，提供了一种测量霍尔推力器壁面热沉积功率的方法，本发明提供了以下技术方案：

一种测量霍尔推力器壁面热沉积功率的方法，包括以下步骤：

步骤一：在霍尔推力器陶瓷壁面外侧钻若干测温点的安装孔，避免破坏放电通道；

步骤二：在各个测温点的安装孔位置处布置热电偶，所述热电偶头部探测端固定安装在安装孔底部，将热电偶测温线的输出端引至采集系统；

步骤三：采用氮化硼粉末对安装完热电偶的安装孔进行重新填充；