1 北京航空航天大学 宇航学院, 北京 100191
2 中国空间技术研究院 兰州物理研究所, 兰州 730000
为了预示霍尔推力器的寿命，建立了推力器粒子束放电通道的2维电磁场模型，模拟的推进剂为氙。利用PIC方法跟踪粒子在电磁场中的运动。磁场的求解采用拉普拉斯方程，电场的求解采用泊松方程。电子由阴极喷入通道，并在电磁场中与原子发生电离碰撞生成离子。在跟踪离子的过程中记录下撞击到内外壁面的离子个数、角度和能量。利用记录下的参数进行腐蚀计算，得到当溅射阈值能量分别为10,20,30,40,50 eV时通道壁面的腐蚀速率。推力器放电通道出口附近的最大腐蚀速率约为1.7×10-9 m/s。
霍尔推力器 电磁场 腐蚀速率 溅射产额 粒子跟踪 Hall thruster magnetic and electric fields erosion rate sputtering yield particle tracking 强激光与粒子束
2011, 23(10): 2757
1 北京航空航天大学 宇航学院, 北京 100191
2 兰州物理研究所, 兰州 730000
建立了离子发动机羽流的物理模型，采用粒子网格对羽流中的交换电荷离子的分布进行了模拟，电场方程使用完全近似格式的代数多重网格方法求解。利用计算设备统一架构技术开发出一套基于图形处理器的3维并行粒子模拟程序。计算结果表明，交换电荷离子在径向扩张型电势结构下会向束流区外运动，一部分交换离子在电场力作用下会向发动机上游运动，从而形成返流。发动机上游区域的交换电荷数密度与束流等离子体数密度相比降低了3~4个数量级。通过降低电子温度可有效降低返流电流。
离子发动机 交换电荷离子 返流 粒子网格 图形处理器 ion thruster charge-exchange ions backflow particle-in-cell graphic processor unit
1 中国空间技术研究院 通信卫星事业部， 北京 100094
2 北京航空航天大学 宇航学院， 北京 100191
3 兰州物理研究所， 兰州 730000
以离子推力器栅极组件为研究对象，建立了3维数值模型，应用网格质点法研究了束流离子和电荷交换离子在栅极组件间的运动规律。根据给定的几何和物理参数，模拟得到了栅极组件附近的电势分布、束流离子和电荷交换离子的运动轨迹、速度相空间分布以及加速极电流等。模拟结果表明：加速栅极下游产生的电荷交换离子在电场的作用下会加速撞击加速栅极下游面，是造成加速栅极腐蚀的主要因素；栅极间产生的电荷交换离子会撞击到加速栅极孔壁面，使加速栅极孔逐渐增大。
电推进 离子推进 离子栅极组件 电荷交换 网格质点法 electric propulsion ion propulsion ion optics charge exchange PIC method
1 北京航空航天大学 宇航学院, 北京 100191
2 中国空间技术研究院 兰州物理研究所, 兰州 730000
为了研究离子发动机羽流对航天器的影响, 采用质点网格-蒙特卡罗碰撞方法对离子发动机羽流中的交换电荷离子进行了模拟。利用计算设备统一架构技术, 开发出一套基于图形处理器的并行粒子模拟程序。随机数生成采用并行MT19937伪随机数生成器算法, 电场方程使用完全近似存储格式的代数多重网格法求解。r-z轴对称坐标系中, 在z=0 m处获得的电流密度均值为4.5×10-5 A/m2, 图形处理器所得结果与中央处理器模拟结果吻合。在16核心的NVIDIA GeForce 9400 GT图形显示卡上, 取得相对于Intel Core 2 E6300中央处理器4.5~10.0倍的加速比。
离子发动机 粒子模拟 多重网格 图形处理器 并行计算 ion thruster particle simulation multigrid graphic processor unit parallel computation
