[发明专利]一种测量霍尔推力器壁面离子热流的方法

说明书

一种测量霍尔推力器壁面离子热流的方法，它涉及一种测温器件及方法，以解决现有测量霍尔推力器壁面离子沉积功率处于技术瓶颈的问题，它包括金属杆、散热块和温度测温线；金属杆连接散热块，金属杆上还安装有测温凸台，测温凸台与散热块相对的两个表面上分别连接温度测温线，金属杆、测温凸台和散热块均为无磁不锈钢材料。该方法的步骤是：步骤一、在霍尔推力器陶瓷壁面上钻安装孔；步骤二、在测温凸台和散热块相对的两个面上分别布置若干个温度测温线；步骤三、包覆绝热材料的金属杆安装在安装孔内；步骤四、启动霍尔推力器，探针达到热稳态后测量探针轴向不同位置的温度即可得到热流。本发明用于霍尔推力器壁面离子沉积热流的测量。

技术领域

本发明涉及一种测温器件及方法，具体涉及一种测量霍尔推力器壁面离子热流的探针及方法。

背景技术

霍尔推力器是一种利用正交电磁场电离和加速工质，从而将电能转化为动能的动力装置。它具有结构简单、比冲高、效率高、工作寿命长、功率密度高、在轨服役时间长等优势，适用于各类航天器的姿态控制、轨道修正、轨道转移、动力补偿、位置保持、重新定位、离轨处理、深空探测等任务，是目前国际上应用最多最成熟的电推力器。

相比于化学推进，霍尔推力器有一个比较重要的优点是效率高，目前，霍尔推力器的总效率普遍在50％左右，但是高电压和小功率霍尔推力器的效率普遍偏低，因此需要研究霍尔推力器内部能量转化过程，建立合理的能量损失体系，分析各部分能量损失。现有研究显示，霍尔推力器工作过程中的主要能量损失有：壁面热沉积、阳极热沉积、羽流发散损失。因此，研究壁面热沉积机理，以及如何降低壁面热沉积成为一个重要的课题。

霍尔推力器工作过程中，其壁面暴露于等离子体环境中，壁面热沉积来自于等离子体与绝缘壁面的相互作用。目前针对霍尔推力器壁面热沉积的研究主要集中在理论模型预测和数值模拟阶段，理论分析上对于壁面热沉积机理有两种不同的说法：一是认为电子的质量远远小于离子质量，忽略电子沉积功率；二是认为电子与壁面作用会产生大量的二次电子，与壁面作用的电子在数量上多于离子，电子沉积功率大于离子沉积功率，因此针对霍尔推力器壁面热沉积的研究需要一种实验手段来对电子沉积功率以及离子沉积功率进行区分。

壁面电子沉积功率P_e＝I_e,in·T_e,in-I_e,out·T_e,out，其中，I_e,in为壁面入射电子通量，T_e,in为壁面入射电子平均能量，I_e,out为壁面出射电子通量，T_e,out为壁面出射电子平均能量。测量壁面电子沉积功率需要对入射电子和出射电子的平均能量和通量进行诊断，目前对于霍尔推力器等离子体诊断的技术主要有光谱诊断和探针诊断两种，无论是光谱诊断还是探针测量都无法对入射电子和出射电子的信息进行区分，因此只能通过实验手段测量壁面热沉积功率中的离子沉积功率。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，目前所具备的诊断离子能量的手段主要是RPA探针，RPA探针体积比较大，受到霍尔推力器的结构限制，不能应用于霍尔推力器的放电通道内部，朗缪尔探针体积小可以用于放电通道内部，但是只能得到离子通量，不能诊断离子能量。因此，放电等离子体环境以及现有诊断手段的缺点对直接测量壁面离子沉积功率形成了技术瓶颈。

发明内容

本发明是为解决现有测量霍尔推力器壁面离子沉积功率处于技术瓶颈的问题，提供了一种测量霍尔推力器壁面离子热流的探针及方法。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：

一种测量霍尔推力器壁面离子热流的探针包括金属杆、散热块和温度测温线；金属杆连接散热块，金属杆上还安装有测温凸台，测温凸台与散热块相对的两个表面上分别连接温度测温线，金属杆、测温凸台和散热块均为无磁不锈钢材料。