包含碰撞效应的离子引出三维FEM-PIC模拟研究

发布时间：2024-02-20 01:27

　　离子推进器具有高比冲、高效率、长寿命以及推进剂消耗少等优点,已广泛应用于深空探测主推进、地球同步轨道卫星位置保持和轨道转移等航天任务中。离子推进器的离子光学系统是离子推进器的重要部件,离子束流在离子光学系统中的引出过程至关重要,它将影响到推进器的推力性能和工作效率,甚至会对栅极系统造成腐蚀,致使栅极结构失效。然而截止目前为止,由于栅极结构精细、离子引出过程复杂,人们对其中的很多物理机制还不甚了解,因此深入细致地研究栅极内离子引出过程,对于栅极物理机制的探索和推进器寿命性能的优化均具有十分重要的意义。本论文旨在针对上述研究背景及研究需求,对包含碰撞效应的离子引出过程进行三维FEM-PIC模拟研究,主要工作与创新包括:1.介绍了离子推进器的研究背景、研究重要性以及发展动态;概述了离子推进器的工作原理以及离子光学系统的重要作用,指出对离子引出研究的意义;阐述了离子光学系统数值模拟方法的国内外发展动态,为论文的选题奠定了基础;2.概述了现阶段研究离子引出最常用的数值模拟方法:FD-PIC方法和IFE-PIC方法。通过比较与总结这两种方法,发现此两种方法存在的不足,并确定本文采用的数值模拟方法为...

【文章页数】：65 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 离子推进器的研究背景与意义
    1.2 离子推进器发展简介
    1.3 离子推进器的结构与工作原理
    1.4 离子光学系统国内外研究动态
    1.5 主要工作与创新
    1.6 本论文的结构安排
第二章 离子引出数值模拟综述
    2.1 离子引出数值模拟基础理论
    2.2 PIC方法
        2.2.1 FD-PIC方法
        2.2.2 IFE-PIC方法
    2.3 本章小结
第三章 离子引出FEM-PIC算法
    3.1 网格节点电位求解
    3.2 粒子所在位置处电场求解
    3.3 粒子运动求解
        3.3.1 运动方程求解
        3.3.2 CEX碰撞引入
            3.3.2.1 碰撞截面
            3.3.2.2 碰撞几率
            3.3.2.3 碰撞后新生离子的状态
            3.3.2.4 碰撞流程
    3.4 电荷分配
    3.5 FEM-PIC算法流程
    3.6 FEM-PIC算法优点
    3.7 本章小结
第四章 二维离子引出数值模拟分析
    4.1 单孔离子引出特性
        4.1.1 物理模型
        4.1.2 网格划分
        4.1.3 模拟结果与分析
    4.2 多孔离子引出特性
        4.2.1 物理模型
        4.2.2 网格划分
        4.2.3 模拟结果与分析
    4.3 本章小结
第五章 三维离子引出数值模拟分析
    5.1 单孔离子引出特性
        5.1.1 物理模型
        5.1.2 网格划分
        5.1.3 模拟结果与分析
    5.2 多孔离子引出特性
        5.2.1 物理模型
        5.2.2 网格划分
        5.2.3 模拟结果与分析
    5.3 发射电流影响机制
    5.4 屏栅极电压影响机制
    5.5 加速栅极电压影响机制
    5.6 本章小结
第六章 全文总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 后续工作展望
致谢
参考文献
攻硕期间取得的研究成果



本文编号：3903630