一种可加载直流偏压调节等离子体均匀度的电子回旋共振离子推力器设计和实验OA

针对电子回旋共振(electron cyclotron resonance,ECR)离子推力器在低功率、低工质流量工况下,因磁场强约束导致放电室内等离子体分布严重不均,进而制约推力性能与栅极寿命的问题,本文提出一种基于侧壁加载直流偏压的主动调节方法.通过在直径50 mm的柱形会切场ECR离子推力器侧壁施加0—150 V的直流偏压,建立了指向放电室中心的径向电场,驱动离子跨越磁力线向中心迁移.实验研究了偏压对电流特性、束流参数及等离子体参数的影响,并结合棒-筒电极理论模型解释了物理过程.结果表明:该方法能有效调控等离子体输运,在0.6 sccm(1 sccm=1 mL/min@0℃,1.013×10^(5) Pa)氙气流量和14.9 W微波功率工况下,将侧壁电压调节至90 V时,等离子体均匀度从0.39提升至0.75;侧壁电压150 V时束流发散半角由14.77°降至7.31°;推力和比冲在最优工况下分别提升约65%.研究验证了利用电场辅助手段在不改变物理结构前提下提升ECR推力器综合性能的可行性.