目錄 叢書序 前言 第1章 離子電推進概述 1.1 離子電推進及其分類 001 1.1.1 離子電推進的概念 001 1.1.2 離子電推進的分類 002 1.2 離子電推進系統(tǒng) 005 1.2.1 直流放電離子電推進基本系統(tǒng) 005 1.2.2 射頻放電離子電推進基本系統(tǒng) 006 1.2.3 微波放電離子電推進基本系統(tǒng) 006 1.2.4 工程應(yīng)用離子電推進系統(tǒng) 007 1.3 離子電推進技術(shù)發(fā)展 008 1.3.1 離子電推進技術(shù)概述 008 1.3.2 放電室技術(shù)發(fā)展 009 1.3.3 離子光學(xué)系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展 010 1.3.4 空心陰極技術(shù)發(fā)展 011 1.3.5 數(shù)值計算與仿真技術(shù)發(fā)展 013 參考文獻 015 第2章 離子電推進技術(shù)基礎(chǔ) 2.1 離子電推進的性能參數(shù) 017 2.1.1 離子電推進工作的數(shù)理模型 017 2.1.2 離子電推進的放電特性參數(shù) 021 2.1.3 離子電推進參數(shù)的內(nèi)在相互關(guān)系 024 2.2 離子推力器總體方案設(shè)計 025 2.2.1 束口徑設(shè)計 025 2.2.2 放電室方案設(shè)計 026 2.2.3 柵極組件方案設(shè)計 027 2.2.4 陰極和中和器方案設(shè)計 027 2.2.5 氣路電絕緣器方案設(shè)計 028 2.2.6 工作點設(shè)計 028 2.3 離子推力器設(shè)計基礎(chǔ) 029 2.3.1 推力器放電室設(shè)計原理 029 2.3.2 離子光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計原理 030 2.3.3 空心陰極設(shè)計原理 032 2.4 離子推力器耦合匹配設(shè)計 034 2.4.1 放電室與陰極匹配設(shè)計 034 2.4.2 放電室與離子光學(xué)系統(tǒng)匹配設(shè)計 035 2.4.3 中和器與束流匹配設(shè)計 035 2.4.4 推力器與電氣參數(shù)匹配設(shè)計 035 參考文獻 036 第3章 發(fā)散場放電室技術(shù) 3.1 發(fā)散場放電室簡介 038 3.1.1 發(fā)散場放電室基本組成 038 3.1.2 發(fā)散場放電室工作原理 039 3.1.3 發(fā)散場放電室設(shè)計方法 039 3.2 發(fā)散場放電室設(shè)計要點 039 3.2.1 發(fā)散場放電室?guī)缀螀��?shù)設(shè)計 040 3.2.2 發(fā)散場放電室工作參數(shù)設(shè)計 043 3.2.3 發(fā)散場放電室磁場及磁路設(shè)計 044 3.3 發(fā)散場放電室性能調(diào)節(jié)與優(yōu)化設(shè)計 049 3.3.1 放電室連續(xù)調(diào)節(jié)設(shè)計 049 3.3.2 放電室與陰極耦合匹配設(shè)計 049 3.3.3 放電室與離子光學(xué)系統(tǒng)匹配優(yōu)化設(shè)計 050 3.3.4 放電室綜合性能優(yōu)化 050 參考文獻 051 第4章 環(huán)形會切場放電室技術(shù) 4.1 環(huán)形會切場放電室簡介 053 4.1.1 環(huán)形會切場放電室結(jié)構(gòu)組成 053 4.1.2 環(huán)形會切場主要特征 054 4.2 環(huán)形會切場放電室設(shè)計 055 4.2.1 環(huán)形會切場放電室工作參數(shù)設(shè)計 055 4.2.2 環(huán)形會切場放電室特征幾何參數(shù)設(shè)計 057 4.2.3 環(huán)形會切場磁路與磁場設(shè)計 058 4.3 環(huán)形會切場放電室性能優(yōu)化 059 4.3.1 環(huán)形會切場放電室磁場優(yōu)化 059 4.3.2 環(huán)形會切場放電室多模式調(diào)節(jié)設(shè)計 060 4.3.3 環(huán)形會切場放電室電氣參數(shù)優(yōu)化 060 參考文獻 062 第5章 柱形會切場放電室技術(shù) 5.1 柱形會切場放電室簡介 064 5.1.1 柱形會切場放電室磁場構(gòu)型 064 5.1.2 柱形會切場放電室基本組成 064 5.2 柱形會切場放電室設(shè)計 066 5.2.1 柱形會切場放電室?guī)缀螀��?shù)設(shè)計 066 5.2.2 柱形會切場放電室工作參數(shù)設(shè)計 068 5.2.3 柱形會切場放電室磁路及磁場設(shè)計 069 5.3 柱形會切場放電室性能優(yōu)化 071 5.3.1 放電室工作性能優(yōu)化試驗 071 5.3.2 數(shù)值計算綜合分析 072 參考文獻 074 第6章 射頻放電室技術(shù) 6.1 射頻放電室簡介 076 6.1.1 射頻放電室的優(yōu)點 076 6.1.2 射頻放電室基本組成 076 6.2 射頻放電室設(shè)計 077 6.2.1 射頻放電室?guī)缀螀��?shù)設(shè)計 077 6.2.2 射頻放電室工作參數(shù)設(shè)計 079 6.2.3 放電室射頻天線設(shè)計 080 6.3 射頻放電室性能設(shè)計分析 081 6.3.1 射頻放電室與射頻天線耦合分析 081 6.3.2 射頻放電室多模式調(diào)節(jié)設(shè)計 083 參考文獻 083 第7章 離子光學(xué)系統(tǒng)技術(shù) 7.1 離子光學(xué)系統(tǒng)簡介 085 7.1.1 離子光學(xué)系統(tǒng)組成及功能 085 7.1.2 雙柵極離子光學(xué)系統(tǒng) 085 7.1.3 三柵極離子光學(xué)系統(tǒng) 086 7.1.4 雙級加速離子光學(xué)系統(tǒng) 087 7.2 離子光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 088 7.2.1 柵極材料選用 088 7.2.2 柵極組件幾何參數(shù)設(shè)計 089 7.2.3 柵極組件絕緣與支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計 091 7.2.4 柵極組件抗力學(xué)設(shè)計 092 7.2.5 柵極組件柔性安裝設(shè)計 093 7.3 離子光學(xué)系統(tǒng)性能設(shè)計 094 7.3.1 柵極組件工作參數(shù)設(shè)計 094 7.3.2 柵極組件束流引出性能設(shè)計與分析 095 7.3.3 柵極組件束流聚焦性能設(shè)計與分析 098 7.3.4 電子反流安全裕度設(shè)計與分析 101 參考文獻 103 第8章 空心陰極技術(shù) 8.1 空心陰極的功能與組成 105 8.2 空心陰極結(jié)構(gòu)設(shè)計 106 8.2.1 空心陰極材料選用 106 8.2.2 空心陰極結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計 107 8.3 空心陰極供電參數(shù)設(shè)計 109 8.4 空心陰極計算分析模型 110 8.4.1 計算區(qū)域 110 8.4.2 計算分析物理模型 111 8.4.3 模型求解 113 8.5 空心陰極熱設(shè)計 114 8.5.1 加熱器結(jié)構(gòu)及傳熱路徑設(shè)計 114 8.5.2 加熱絲供電參數(shù)設(shè)計 116 參考文獻 116 第9章 離子推力器長壽命技術(shù) 9.1 離子推力器長壽命主要約束 118 9.1.1 加速柵極電子反流失效 118 9.1.2 加速柵極結(jié)構(gòu)失效 118 9.2 柵極組件長壽命設(shè)計分析 119 9.2.1 電子反流失效工作壽命設(shè)計分析 119 9.2.2 柵極結(jié)構(gòu)失效工作壽命設(shè)計分析 122 9.2.3 多工作模式對柵極組件壽命影響的設(shè)計分析 124 9.3 離子推力器壽命評估技術(shù) 126 參考文獻 126 第10章 離子推力器可靠性技術(shù) 10.1 柵極組件的抗力學(xué)設(shè)計分析 129 10.1.1 概述 129 10.1.2 柵極組件結(jié)構(gòu)等效處理方法 129 10.1.3 柵極組件有限元模型建立方法 132 10.1.4 柵極組件螺栓預(yù)應(yīng)力分析方法 133 10.2 柵極組件的熱設(shè)計分析 134 10.2.1 柵極組件溫度分布 134 10.2.2 邊緣約束下的柵極組件熱應(yīng)力 135 10.2.3 熱應(yīng)力減小優(yōu)化方法 137 10.3 離子推力器可靠性評價技術(shù) 139 10.3.1 概述 139 10.3.2 空心陰極工作可靠性評價 141 10.3.3 柵極工作可靠性評價 143 10.3.4 離子推力器工作可靠性評價 143 參考文獻 144 第11章 離子電推進技術(shù)新發(fā)展 11.1 高功率離子電推進技術(shù) 145 11.1.1 高功率化的技術(shù)挑戰(zhàn) 145 11.1.2 環(huán)形及多環(huán)離子電推進技術(shù) 146 11.1.3 離子與霍爾混合電推進技術(shù) 147 11.2 微小功率離子電推進技術(shù) 148 11.2.1 低功率化的技術(shù)挑戰(zhàn) 148 11.2.2 微小功率射頻放電離子電推進技術(shù) 149 11.2.3 微小功率微波放電離子電推進技術(shù) 150 11.3 超高比沖離子電推進技術(shù) 150 11.3.1 實現(xiàn)超高比沖的技術(shù)挑戰(zhàn) 150 11.3.2 雙級加速超高比沖離子電推進技術(shù) 151 11.4 無中和器離子電推進技術(shù) 152 11.5 多元推進劑離子電推進技術(shù) 154 11.5.1 多元推進劑技術(shù) 154 11.5.2 螺旋波離子電推進 155 參考文獻 155 主要符號對照表 157