离子电推进技术

目录
丛书序
前言
第1章 离子电推进概述
1.1 离子电推进及其分类 001
1.1.1 离子电推进的概念 001
1.1.2 离子电推进的分类 002
1.2 离子电推进系统 005
1.2.1 直流放电离子电推进基本系统 005
1.2.2 射频放电离子电推进基本系统 006
1.2.3 微波放电离子电推进基本系统 006
1.2.4 工程应用离子电推进系统 007
1.3 离子电推进技术发展 008
1.3.1 离子电推进技术概述 008
1.3.2 放电室技术发展 009
1.3.3 离子光学系统技术发展 010
1.3.4 空心阴极技术发展 011
1.3.5 数值计算与仿真技术发展 013
参考文献 015
第2章 离子电推进技术基础
2.1 离子电推进的性能参数 017
2.1.1 离子电推进工作的数理模型 017
2.1.2 离子电推进的放电特性参数 021
2.1.3 离子电推进参数的内在相互关系 024
2.2 离子推力器总体方案设计 025
2.2.1 束口径设计 025
2.2.2 放电室方案设计 026
2.2.3 栅极组件方案设计 027
2.2.4 阴极和中和器方案设计 027
2.2.5 气路电绝缘器方案设计 028
2.2.6 工作点设计 028
2.3 离子推力器设计基础 029
2.3.1 推力器放电室设计原理 029
2.3.2 离子光学系统设计原理 030
2.3.3 空心阴极设计原理 032
2.4 离子推力器耦合匹配设计 034
2.4.1 放电室与阴极匹配设计 034
2.4.2 放电室与离子光学系统匹配设计 035
2.4.3 中和器与束流匹配设计 035
2.4.4 推力器与电气参数匹配设计 035
参考文献 036
第3章 发散场放电室技术
3.1 发散场放电室简介 038
3.1.1 发散场放电室基本组成 038
3.1.2 发散场放电室工作原理 039
3.1.3 发散场放电室设计方法 039
3.2 发散场放电室设计要点 039
3.2.1 发散场放电室几何参数设计 040
3.2.2 发散场放电室工作参数设计 043
3.2.3 发散场放电室磁场及磁路设计 044
3.3 发散场放电室性能调节与优化设计 049
3.3.1 放电室连续调节设计 049
3.3.2 放电室与阴极耦合匹配设计 049
3.3.3 放电室与离子光学系统匹配优化设计 050
3.3.4 放电室综合性能优化 050
参考文献 051
第4章 环形会切场放电室技术
4.1 环形会切场放电室简介 053
4.1.1 环形会切场放电室结构组成 053
4.1.2 环形会切场主要特征 054
4.2 环形会切场放电室设计 055
4.2.1 环形会切场放电室工作参数设计 055
4.2.2 环形会切场放电室特征几何参数设计 057
4.2.3 环形会切场磁路与磁场设计 058
4.3 环形会切场放电室性能优化 059
4.3.1 环形会切场放电室磁场优化 059
4.3.2 环形会切场放电室多模式调节设计 060
4.3.3 环形会切场放电室电气参数优化 060
参考文献 062
第5章 柱形会切场放电室技术
5.1 柱形会切场放电室简介 064
5.1.1 柱形会切场放电室磁场构型 064
5.1.2 柱形会切场放电室基本组成 064
5.2 柱形会切场放电室设计 066
5.2.1 柱形会切场放电室几何参数设计 066
5.2.2 柱形会切场放电室工作参数设计 068
5.2.3 柱形会切场放电室磁路及磁场设计 069
5.3 柱形会切场放电室性能优化 071
5.3.1 放电室工作性能优化试验 071
5.3.2 数值计算综合分析 072
参考文献 074
第6章 射频放电室技术
6.1 射频放电室简介 076
6.1.1 射频放电室的优点 076
6.1.2 射频放电室基本组成 076
6.2 射频放电室设计 077
6.2.1 射频放电室几何参数设计 077
6.2.2 射频放电室工作参数设计 079
6.2.3 放电室射频天线设计 080
6.3 射频放电室性能设计分析 081
6.3.1 射频放电室与射频天线耦合分析 081
6.3.2 射频放电室多模式调节设计 083
参考文献 083
第7章 离子光学系统技术
7.1 离子光学系统简介 085
7.1.1 离子光学系统组成及功能 085
7.1.2 双栅极离子光学系统 085
7.1.3 三栅极离子光学系统 086
7.1.4 双级加速离子光学系统 087
7.2 离子光学系统结构设计 088
7.2.1 栅极材料选用 088
7.2.2 栅极组件几何参数设计 089
7.2.3 栅极组件绝缘与支撑结构设计 091
7.2.4 栅极组件抗力学设计 092
7.2.5 栅极组件柔性安装设计 093
7.3 离子光学系统性能设计 094
7.3.1 栅极组件工作参数设计 094
7.3.2 栅极组件束流引出性能设计与分析 095
7.3.3 栅极组件束流聚焦性能设计与分析 098
7.3.4 电子反流安全裕度设计与分析 101
参考文献 103
第8章 空心阴极技术
8.1 空心阴极的功能与组成 105
8.2 空心阴极结构设计 106
8.2.1 空心阴极材料选用 106
8.2.2 空心阴极结构参数设计 107
8.3 空心阴极供电参数设计 109
8.4 空心阴极计算分析模型 110
8.4.1 计算区域 110
8.4.2 计算分析物理模型 111
8.4.3 模型求解 113
8.5 空心阴极热设计 114
8.5.1 加热器结构及传热路径设计 114
8.5.2 加热丝供电参数设计 116
参考文献 116
第9章 离子推力器长寿命技术
9.1 离子推力器长寿命主要约束 118
9.1.1 加速栅极电子反流失效 118
9.1.2 加速栅极结构失效 118
9.2 栅极组件长寿命设计分析 119
9.2.1 电子反流失效工作寿命设计分析 119
9.2.2 栅极结构失效工作寿命设计分析 122
9.2.3 多工作模式对栅极组件寿命影响的设计分析 124
9.3 离子推力器寿命评估技术 126
参考文献 126
第10章 离子推力器可靠性技术
10.1 栅极组件的抗力学设计分析 129
10.1.1 概述 129
10.1.2 栅极组件结构等效处理方法 129
10.1.3 栅极组件有限元模型建立方法 132
10.1.4 栅极组件螺栓预应力分析方法 133
10.2 栅极组件的热设计分析 134
10.2.1 栅极组件温度分布 134
10.2.2 边缘约束下的栅极组件热应力 135
10.2.3 热应力减小优化方法 137
10.3 离子推力器可靠性评价技术 139
10.3.1 概述 139
10.3.2 空心阴极工作可靠性评价 141
10.3.3 栅极工作可靠性评价 143
10.3.4 离子推力器工作可靠性评价 143
参考文献 144
第11章 离子电推进技术新发展
11.1 高功率离子电推进技术 145
11.1.1 高功率化的技术挑战 145
11.1.2 环形及多环离子电推进技术 146
11.1.3 离子与霍尔混合电推进技术 147
11.2 微小功率离子电推进技术 148
11.2.1 低功率化的技术挑战 148
11.2.2 微小功率射频放电离子电推进技术 149
11.2.3 微小功率微波放电离子电推进技术 150
11.3 超高比冲离子电推进技术 150
11.3.1 实现超高比冲的技术挑战 150
11.3.2 双级加速超高比冲离子电推进技术 151
11.4 无中和器离子电推进技术 152
11.5 多元推进剂离子电推进技术 154
11.5.1 多元推进剂技术 154
11.5.2 螺旋波离子电推进 155
参考文献 155
主要符号对照表 157