《表2 两种栅极下30 cm双模式离子推力器工作平衡时电参数》

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《屏栅边缘小孔孔径对离子推力器性能的影响》

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离子推力器放电效率是评价离子推力器性能的重要指标之一.放电效率通过放电损耗表征，放电损耗代表了产生单位安培束流需要的放电功率，放电损耗越小放电效率越高.在束功耗（束电压与束电流之积）一定情况下，推力器总效率取决于放电损耗，放电损耗越小推力器效率越高.表2给出了30 cm双模式离子推力器分别装配小孔径栅和等孔径栅时，在小推力高比冲模式和大推力高功率模式下平衡后的工作电参数.从表2参数计算得到小孔径栅相比等孔径栅，30 cm双模式离子推力器在小推力高比冲模式下放电损耗由174 W/A减小到156 W/A，减小10%；在大推力高功率模式下放电损耗由203 W/A减小到161 W/A，减小21%.屏栅边缘小孔孔径缩小导致栅极系统几何透明度下降8.8%，按栅极系统单孔束流计算理论可知，在同样条件下几何透明度下降会使离子引出效率降低，造成放电损耗增加，但实验结果显示屏栅边缘小孔孔径缩小后，虽然栅极几何透明度减小，但是放电效率反而增加.分析认为这一反常现象可能是由于屏栅边缘小孔孔径缩小导致屏栅边缘的结构强度增加，造成推力器工作时屏栅中心发生较大的热形变.由于栅极系统是凸面栅，屏栅中心较大的热形变使栅极系统中屏栅与加速栅热态栅间距减小，栅极系统中心区域离子引出效率增加，效率提高.由于大推力高功率模式下放电功耗更高，推力器工作温度更高，造成栅极热形变更大，效率提高更多.两种栅极系统的离子透明度测试结果也证明了这一分析的正确性，小孔径栅相比等孔径栅在小推力高比冲模式下和大推力高功率模式下栅极离子透明度分别增加约0.97%和1.35%.