中国空间科学技术

中国空间科学技术 ›› 2017, Vol. 37 ›› Issue (5): 60-.doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2017.0068

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30cm氙离子推力器磁场特性分析与优化设计

 胡竟, 王亮, 张天平, 江豪成   

  1. 兰州空间技术物理研究所真空技术与物理国家级重点实验室，兰州730000
  • 收稿日期:2017-03-20 修回日期:2017-07-17 出版日期:2017-10-25 发布日期:2017-09-12

Magneticfieldcharacteristicsanalysisandoptimizationdesignof30cmxenonionthruster

 HU  Jing, WANG  Liang, ZHANG  Tian-Ping, JIANG  Hao-Cheng   

  1. NationalKeyLaboratoryofScienceandTechnologyonVacuumTechnologyandPhysicsLaboratory，LanzhouInstituteofSpaceTechnologyandPhysics，Lanzhou730000，China
  • Received:2017-03-20 Revised:2017-07-17 Published:2017-10-25 Online:2017-09-12

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摘要： 放电室磁场设计直接影响放电室的放电稳定性及推力器在轨工作寿命，针对多种工作模式下30cm氙离子推力器磁场设计的复杂性问题，对推力器电磁体磁场向永磁体磁场转换中放电室的磁场特性进行了研究，并对永磁体磁场的关键参数进行优化设计。建立30cm氙离子推力器放电室磁场转换的磁路模型，运用有限元分析理论，利用实际工程数据验证磁路模型计算结果的正确性与方法的可行性。在此基础上，分析获得给定磁路构型下产生要求磁感应强度的永磁体关键尺寸。以放电室工作阳极震荡电压、减速栅极电流、加速栅极电流和磁路系统质量为目标，采用多目标粒子群优化算法，对永磁体的关键参数进行优化，得到30cm氙离子推力器设计性能目标下的磁路构型最优结果。本研究可为高效、稳定工作的离子推力器磁路设计及优化提供方法。

关键词: 离子推力器, 电磁体, 永磁体, 磁路模型, 优化设计

Abstract: Themagneticfielddesigndirectlyinfluencesthestabilityandtheinorbitlifeofthedischargechamber.Aimingatthecomplexityofthe30cmxenonionthrustermagneticfielddesigninvarietyofoperatingmodes，themagneticcircuitcharacteristicswasanalyzedduringtheconversionbetweentheelectromagnetandpermanentmagnet.Andthekeyparametersofthepermanentmagnetwereoptimized.Themagneticcircuitmodelofthe30cmxenonionthrusterwasestablished，combinedwiththefiniteelementmethod，theeffectivenessandfeasiblityofthismethodwasvalidatedbycomparedwiththejobsitedata.Basedonthismodel，thekeyparametersofthepermanentmagnetwhichcouldproducerequestedmagneticinductionintensitywereobtained.Thenthekeyparametersofthepermanentmagnetwereoptimizedbyusingmultiobjectiveparticleswarmoptimization(MPSO)algorithm，withthegoaloftheminimumanodeshockvoltage，acceleratorgridcurrent，deceleratorgridcurrentandmagneticcircuitsystemweightsystem，andtherelevantoptimalresultofmagneticcircuitconfigurationfor30cmxenonionthrusterwasobserved．Aboveresearchwillcertainlyprovideamethodforthedesignandoptimizationoftheionthruster.

Key words: ionthruster, electromagnet, permanentmagnet, magneticcircuitmodel, optimizationdesign