微型脉冲等离子体推力器设计及推进剂烧蚀特性研究(3)
2)相对于传统的平行板电极PPT，采用同轴结构在推力器微小化的过程中能够得到比较满意的等离子体加速效果，比传统的平行板电极 PPT有更高的效率。
3)采用同轴结构的电极和推进剂设计，可以简化推进剂供给及电源系统的设计，并且在传统固体脉冲等离子体推力器的研究中，积累了大量的性能优化经验和试验数据，可以用于对同轴型微 PPT进行优化。
2.2同轴型微PPT的基本原理
2.2.1传统的平行板电极PPT的工作原理
传统的平行板电极PPT的结构图1所示：
图1 PPT基本结构图
整个系统由推力器本体、放电点火回路、控制逻辑和电源转换装置组成推力器本体基本结构是：由正负电极组成放电通道， 将工质安放在两极中间。主放电电容的正负端分别与相应的两极极板相连，在阴极上装有火花塞。电源转换装置将卫星平台提供的低压直流供电转换为高压直流，输送给推力器的贮能电容器和放电点火回路。放电点火回路的作用是按照一定的指令或控制信号，产生一个低能量的高压脉冲送到装在阴极上紧靠工质端面的点火塞，使点火塞点火。工质的供给采用一个恒力弹簧，产生一个恒力作用在工质上，保证工质能够在所需的速率下被送到推力器喷嘴。
推力器工作时，首先将贮能电容器冲至额定的高压，此时正负极板间虽然存在一个强电场，但在真空情况下不会自行击穿。当点火回路发出一个触发脉冲时，火花塞点燃，产生少量粒子（包括电子、质子、中性粒子和粒子团）。这些粒子和工质表面碰撞 ，又从工质表面上打出一些粒子。带电粒子在强电场作用下分别向两极加速，同时与工质表面及在粒子之间频繁碰撞，使工质表面烧蚀，然后分解并离化。随着带电粒子的增加，两极间逐渐成为等离子体区。此时电容器、极板和等离子体区构成闭合回路，并产生感应磁场。于是等离子体受到洛伦兹力加速向外喷出 产生了一次推力脉冲[13,14]，如图2所示：
图2 PPT工作过程示意图
2.2.2同轴型微PPT的工作原理
同轴型微PPT的原理结构图如图3所示：
图3 同轴型PPT原理结构图
同轴型微PPT整个系统由推力器本体、 放电回路 、点火回路和电源转换装置组成。相对于传统的PPT同轴型微PPT的系统少了供给弹簧。
推力器为同轴结构，在点火电极、点火电极、中间电极之间为推进工质聚四氟乙烯(Teflon)。放电电极和中间电极形成放电通道，主放电电容的正负端分别与放电电极和点火电极相连。
推力器工作过程如下：当打开输入电源的电压开关后，电源对贮能电容器进行恒流充电，随着充电时间的增加，贮能电容的电压随之增加。刚开始时正负电极间虽然存在一个强电场，但电压还没达到击穿的地步；当点火回路发出一个触发脉冲时，产生少量粒子（包括电子、质子、中性粒子和粒子团），这些粒子和推进剂表面碰撞，又从推进剂表面上烧蚀出一定量的粒子。带电粒子在强电场作用下分别向两极加速，同时与推进剂表面及在粒子之间频繁碰撞，使推进剂表面烧蚀，然后分解并离子化。随着带电粒子的增加，两极间逐渐成为等离子体区。此时电容器、极板和等离子体区构成闭合回路，并产生感应磁场。于是等离子体受到洛伦兹力加速向外喷出，产生一个推力脉冲。
和传统的平行板电极PPT不同，由于同轴型微PPT为同轴管结构，在放电时在同轴电极间的磁场比较均匀且密闭于同轴电极之间，有利于工质的均匀烧蚀和加速。
从结构上看，同轴型微PPT没有任何的运动部件，比传统的平行板电极 PPT有更高的工作可靠性，而且推进剂同时起到了电极间绝缘的作用，所以结构比较简单。
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