霍尔推力器中电离振荡的机制研究

涉及等离子体与中性气体密度的低频电离振荡（呼吸模）是电推进霍尔推力器中最剧烈的扰动。由于其简单性，描述等离子体密度与中性气体密度的两个非线性耦合常微分方程的零维（0-D）捕食者-猎物模型常被用于此类振荡的表征与尺度估计。我们研究了其连续类比模型，即等离子体密度与中性气体密度的两个非线性耦合偏微分方程（PDE）的一维（1-D）系统。这是一个更一般的模型，标准0-D捕食者-猎物模型是其特殊极限情形。我们证明，对于霍尔推力器相关的边界条件及均匀离子速度，该1-D模型是稳定的且不表现任何振荡。随后我们提出一个降阶1-D模型，基于等离子体密度与中性气体密度的两个耦合PDE，当采用近阳极回流（朝向阳极）区域的离子速度剖面时，该模型不稳定并出现振荡。将降阶模型与考虑自洽等离子体响应的完整模型预测进行比较表明，呼吸模的主要特性被很好地捕捉。特别地，研究表明呼吸模振荡频率对最终离子速度依赖较弱，但与离子回流区宽度呈强相关性。