射频源磁喷管中设施压力影响的全动力学研究
等离子体物理
2023-10-26 v1
摘要
采用全动力学二维轴对称粒子网格（PIC）模型考察背景设施压力对磁喷管等离子体输运与推进效率的影响。针对低功率（150 W 级）无阴极射频（RF）等离子体推力器，以氙为工质，在高达 10 Pa 的背景压力与 4–16 eV 的平均电子放电温度之间开展模拟。当近羽流区电子温度达到 8 eV 时，性能发生决定性下降：在 10 Pa 下，喷管内功率损失超过放电能量通量的 25%。鉴于 Xe 的电离能为 12 eV，该 8 eV 阈值表明有稳定比例的电子具备触发电离的能量。另一方面，当温度低于该阈值时，主要碰撞为电荷交换与非弹性离子散射，功率损失保持在 10% 以下。研究确定，在所考察的 HPT 中，若设施压力大于 10 Pa 且吸收功率大于 130 W，则损失显著。在标称 150 W 下，这导致推力降低 15%。与理想真空模拟相比，当考虑设施压力时，在 10 Pa 下与实验推力测量的数值误差降低至 <30%。
引用
@article{arxiv.2310.16264,
title = {Fully kinetic study of facility pressure effects on RF-source magnetic nozzles},
author = {Raoul Andriulli and Shaun Andrews and Nabil Souhair and Mirko Magarotto and Fabrizio Ponti},
journal= {arXiv preprint arXiv:2310.16264},
year = {2023}
}
备注
45 pages, 10 figures, 5 tables. Submitted to Acta Astronautica