1、霍爾推進(jìn)器以其高比沖、高效率及結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)勢(shì)迅速成為深空探測(cè)領(lǐng)域的首選電推進(jìn)裝置。深空探測(cè)需要推進(jìn)器具有更長(zhǎng)的壽命，而限制推進(jìn)器壽命的主要原因是通道壁面腐蝕，因此壁面腐蝕問(wèn)題成為霍爾推進(jìn)器壽命問(wèn)題的研究熱點(diǎn)。霍爾推進(jìn)器的壁面腐蝕分為常規(guī)腐蝕和反常腐蝕兩種形式。目前對(duì)常規(guī)腐蝕的數(shù)值模擬均不同程度地簡(jiǎn)化了等離子體的動(dòng)態(tài)模型或是忽略了壁面的腐蝕演化，同時(shí)工況條件對(duì)常規(guī)腐蝕影響的研究還存在欠缺。另一方面反常腐蝕作為霍爾推進(jìn)器壽命后期的主要失效原

2、因，其形成機(jī)理也一直不被理解。為了深入了解霍爾推進(jìn)器壁面腐蝕機(jī)理并為工程設(shè)計(jì)優(yōu)化提供理論依據(jù)，本文針對(duì)霍爾推進(jìn)器的壁面腐蝕問(wèn)題作了如下研究：
　　針對(duì)壁面動(dòng)態(tài)演化耦合等離子體流動(dòng)的物理模型需求，發(fā)展了一套壁面動(dòng)態(tài)演化的浸入式有限元全粒子數(shù)值模擬算法。算法中除引入了與霍爾推進(jìn)器各壁面條件相應(yīng)的邊界類(lèi)型外，還加入了碰撞模塊、加速模塊和壁面動(dòng)態(tài)演化模塊以完整全面的模擬推進(jìn)器壁面腐蝕行為。
　　通過(guò)上述程序模擬了等離子體運(yùn)動(dòng)耦合壁面

3、動(dòng)態(tài)演化的常規(guī)腐蝕過(guò)程，分析了常規(guī)腐蝕的減速腐蝕特征，得到了壁面常規(guī)腐蝕過(guò)程中各項(xiàng)物理參數(shù)的分布和演化趨勢(shì)。結(jié)果表明隨著常規(guī)腐蝕程度增加，通道電勢(shì)降及離子密度均減小，而通道電子溫度特別是壁面的電子溫度有所上升。通過(guò)在上述模型中調(diào)用電荷交換碰撞模塊，分析了電荷交換碰撞對(duì)通道各項(xiàng)物理參數(shù)分布和壁面常規(guī)腐蝕的影響。結(jié)果表明當(dāng)考慮電荷交換碰撞后，通道內(nèi)高能離子密度減少，壁面常規(guī)腐蝕情況有所減緩。通過(guò)調(diào)整模型中預(yù)電離率參數(shù)，研究了預(yù)電離率大小對(duì)通

4、道物理特性分布及對(duì)通道壁面常規(guī)腐蝕的影響。結(jié)果表明預(yù)電離不會(huì)影響通道內(nèi)主要物理特性，但由預(yù)電離引入的額外等離子體會(huì)加劇壁面的常規(guī)腐蝕。
　　本文以上述模擬結(jié)果為基礎(chǔ)對(duì)主束流方向鞘層進(jìn)行了深入研究。結(jié)果表明電子溫度和離子垂直壁面漂移速度對(duì)鞘層有較大影響，而等離子體密度、離子平行壁面漂移速度及徑向磁場(chǎng)對(duì)鞘層幾乎沒(méi)有影響；軸向振蕩電場(chǎng)在電子溫度較低的情況下能引起鞘層結(jié)構(gòu)性振蕩，當(dāng)電子溫度升高至約20eV時(shí)此種振蕩將被抑制；二次電子發(fā)射在

5、本文所關(guān)注的區(qū)域內(nèi)對(duì)鞘層同樣沒(méi)有影響。
　　最后通過(guò)對(duì)反常腐蝕形貌特征和產(chǎn)生區(qū)域的深度剖析，本文提出了反常腐蝕可能存在自激勵(lì)機(jī)制并進(jìn)行了詳細(xì)的論證。通過(guò)使用動(dòng)態(tài)界面浸入式全粒子算法對(duì)周向鞘層進(jìn)行建模分析，模擬了離子在周向漂移波作用下對(duì)壁面濺射作用的累積效應(yīng)，從而給出了反常腐蝕激勵(lì)源的來(lái)源；緊接著文中模擬了出現(xiàn)反常腐蝕激勵(lì)源后壁面形貌演化過(guò)程，驗(yàn)證了反常腐蝕形貌的自激勵(lì)過(guò)程。過(guò)程表明周向壁面出現(xiàn)反常腐蝕激勵(lì)源后，壁面附近鞘層就會(huì)發(fā)生

6、改變，在波行進(jìn)方向的一側(cè)壁面將會(huì)形成更低的電勢(shì)并吸引更多的濺射離子，最終周向壁面將形成周向間隔為電子拉莫爾半徑相當(dāng)并與附近電勢(shì)等勢(shì)線(xiàn)完全匹配的形貌。除了徑向起伏程度的變化，壁面在徑向上還維持著整體的腐蝕下降且此腐蝕下降速率不會(huì)隨時(shí)間或是周向壁面腐蝕程度的增加而減慢。另外，反常腐蝕激勵(lì)源影響因素的分析結(jié)果表明電子溫度的增加能夠顯著的增強(qiáng)激勵(lì)源，軸向振蕩電場(chǎng)則對(duì)激勵(lì)源有微小的增強(qiáng)而離子垂直壁面漂移速度對(duì)激勵(lì)源影響較小。當(dāng)壁面存在由常規(guī)腐蝕形