真空室内离子推力器羽流中和的动力学模拟
等离子体物理
2023-11-02 v1
摘要
地面真空测试腔的电环境会给栅极离子推力器带来设施效应。例如，众所周知推力器羽流产生的电流路径与空间中大不相同，且该羽流的中和也不同。出于此类原因，厘清实验测试环境如何影响等离子体流动十分重要，但仅通过地面实验理解该效应颇为困难。为此，本研究采用粒子网格与直接模拟蒙特卡洛方法，模拟来自中和器的氙束离子与电子。首先，我们将腔内模拟与空间模拟对比，表明接地腔壁提高了电势与电子温度。接着，我们考察中和器位置与背景压强对真空室内羽流的影响。我们发现，随着中和器位置移近最大电势处，更多电子被引出，导致羽流中和增强。我们还观察到高背景压强产生慢速电荷交换离子，在侧壁形成离子鞘从而改变离子电流路径。最后，我们讨论推力器与中和器出口处电势对羽流的影响。观察到中和器相对于真空腔壁的相对电势显著影响电子行为，从而改变羽流中和程度。这些发现与文献中的实验结果一致，并展示了高性能模拟的潜力。
引用
@article{arxiv.2306.16693,
title = {Kinetic Simulation of Ion Thruster Plume Neutralization in a Vacuum Chamber},
author = {Keita Nishii and Deborah Levin},
journal= {arXiv preprint arXiv:2306.16693},
year = {2023}
}