仿真APP应用案例——霍尔推力器静磁场仿真

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一、霍尔推力器的工作原理与技术价值

霍尔推力器（Hall Effect Thruster）是一种基于静电场加速的电推进装置，其核心机制是通过磁场约束电子运动，形成强电场以电离推进剂并加速离子产生推力。作为航天器轨道控制与姿态调整的关键动力装置，霍尔推力器凭借高比冲（通常在 1000-3000 秒）、高效率（可达 60% 以上）及结构紧凑等优势，在卫星组网、深空探测等航天任务中占据重要地位。其工作流程可概括为：推进剂（如氙气）注入放电通道后，电子被环形磁场束缚形成霍尔电流，电离中性原子产生等离子体，离子在电场作用下加速喷出，同时中和电子以维持电荷平衡。

二、静磁场仿真的必要性：磁场对推力器性能的决定性作用

磁场是霍尔推力器设计的核心参数，直接影响等离子体的电离效率、加速过程及能量损耗。具体而言：

1.电子输运与电离效率：磁场强度与分布决定了电子的回旋半径和迁移率，进而影响电离区的位置与宽度。优化磁场可增强电子与中性原子的碰撞频率，提升电离效率。
2.鞘层电势与能量损失：通道壁面附近的磁鞘电势分布影响二次电子发射，进而影响鞘层厚度与能量损耗。磁场方向与强度的调整可优化鞘层电势，减少能量损失。
3.推力与比冲的平衡：通过调节磁场梯度，可控制等离子体加速区的位置，在推力密度与比冲之间取得最优平衡。例如，提高放电电压可提升比冲，但需通过磁场优化避免电离效率下降。

三、霍尔推力器静磁场仿真APP

传统实验方法难以全面解析磁场的复杂影响，而静磁场仿真技术通过数值建模与参数迭代，可高效预测磁场分布对推力器性能的影响，显著缩短研发周期并降低成本。

环形霍尔推力器的器件结构影响着通道内磁场的分布，其磁场对等离子体特性有显著的影响。为研究器件结构对通道内磁场分布的影响，通过Simdroid平台开发的霍尔推力器静磁场仿真APP封装了霍尔推力器磁极参数、陶瓷壁参数、两线圈距内外磁极距离参数，其二维模型可达到快速计算霍尔推力器结构变化对通道内磁场分布影响的目的。霍尔推力器静磁场仿真APP可查看磁场分布、磁通等值线云图等、也可测量工程上所关注的器件阳极表面磁场强度的计算结果。

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