本發(fā)明屬于發(fā)射體功函增量計算，具體涉及一種基于空心陰極暗電流的發(fā)射體功函增量計算方法。

背景技術：

1、空間電推進器采用氣體電離與離子靜電加速的推進方式，相較于傳統(tǒng)的化學推進有著噴氣速度大、高比沖的優(yōu)勢，能大幅節(jié)約推進器燃料?？招年帢O是電推進產品的核心部件，對推力器可靠性影響巨大。空心陰極是通過高溫時發(fā)生的熱電子發(fā)射效應，持續(xù)地為推力器維持放電提供種子電子，同時為噴出的正離子束流提供等量的中和電子，是一切陰極放電過程所需電子的來源，因而陰極狀態(tài)往往決定了電推進能否維持正常放電、能否滿足衛(wèi)星對推力和電位的要求。發(fā)射體是空心陰極的重要組件，發(fā)射體決定著空心陰極的狀態(tài)，為保證空心陰極穩(wěn)定運行，需判斷發(fā)射體狀態(tài)，傳統(tǒng)的單純依據陰極放電電壓判斷發(fā)射體狀態(tài)的方法是不可靠的，空心陰極放電電壓升高存在多參數干擾的問題，往往陰極放電電壓的升高不僅僅與發(fā)射體狀態(tài)有關，陰極鎢頂孔的侵蝕也是引起陰極放電電壓重要原因之一。

2、評估空心陰極狀態(tài)，一個非常重要的參數就是發(fā)射體的功函，功函是材料表面束縛電子能力強弱的一個物性參數，發(fā)射體功函的升高會引起陰極發(fā)射電子不足、陰極工作失穩(wěn)，從而使推力器偏離設計工況點而出現(xiàn)異?，F(xiàn)象。發(fā)射體材料的熱電子發(fā)射和功函數之間符合理查森-杜什曼方程，理論上可以直接通過測量熱發(fā)射電流計算發(fā)射體此時狀態(tài)的功函，但是在實驗過程中發(fā)現(xiàn)，發(fā)射體在等離子體放電過程中生成熱發(fā)射電子溫度的臨界溫度低于理論值，這就導致計算出的功函數值偏低，而導致生成熱發(fā)射電子溫度的臨界溫度低于理論值的原因是未知的，因此功函數值在空心陰極等離子體放電過程中是無法計算的。考慮到空心陰極內部的復雜結構，發(fā)射體表面發(fā)射出的熱電子會被發(fā)射體自身或鎢頂再次吸收，理查森-杜什曼方程中存在熱發(fā)射電流修正系數，陰極結構的不同會導致熱發(fā)射電流修正系數存在差異，因此，無法通過理查森杜什曼方程直接計算發(fā)射體功函，進而無法有效評估空心陰極狀態(tài)。

技術實現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術中，無法計算發(fā)射體功函導致無法有效評估發(fā)射體狀態(tài)的問題，本申請?zhí)岢隽艘环N基于空心陰極暗電流的發(fā)射體功函增量計算方法，計算發(fā)射體功函增量，通過發(fā)射體功函增量評估發(fā)射體性能。

2、一種基于空心陰極暗電流的發(fā)射體功函增量計算方法，包括：

3、步驟一：加熱初始狀態(tài)的空心陰極，直至空心陰極溫度恒定在ty，空心陰極溫度恒定后使鎢頂溫度保持不變；

4、步驟二：向初始狀態(tài)的發(fā)射體施加引出電場，改變引出電場的電場強度，并測量不同電場強度下相應的引出電流；繪制電場強度大小的平方跟與相應的引出電流自然對數值的對應關系，對得到的對應關系進行線性擬合，得到發(fā)射體初始狀態(tài)擬合曲線；

5、步驟三：根據得到的發(fā)射體初始狀態(tài)擬合曲線得到發(fā)射體初始狀態(tài)擬合曲線截距；

6、步驟四：加熱當前狀態(tài)的空心陰極，直至空心陰極溫度恒定在ty，空心陰極溫度恒定后使鎢頂溫度保持不變；根據步驟二和步驟三得到當前狀態(tài)發(fā)射體的發(fā)射體當前狀態(tài)擬合曲線截距；所述初始狀態(tài)與當前狀態(tài)分別為空心陰極異常放電后兩種不同的壽命狀態(tài)；

7、步驟五：根據得到的發(fā)射體初始狀態(tài)擬合曲線截距和發(fā)射體當前狀態(tài)擬合曲線截距得到發(fā)射體從初始狀態(tài)到當前狀態(tài)的截距增量，并根據截距增量得到發(fā)射體由初始狀態(tài)到當前狀態(tài)的功函增量。

8、有益效果

9、本申請?zhí)岢龅囊环N基于空心陰極暗電流的發(fā)射體功函增量計算方法，保持初始狀態(tài)的空心陰極溫度恒定，并使鎢頂溫度保持不變；向初始狀態(tài)的發(fā)射體施加引出電場，繪制電場強度大小的平方跟與相應電場強度下的引出電流自然對數值的圖像，對得到的圖像進行線性擬合，得到發(fā)射體初始狀態(tài)圖像截距；通過同樣的方法得到發(fā)射體當前狀態(tài)下的發(fā)射體當前狀態(tài)圖像截距；進而得到發(fā)射體當前狀態(tài)和初始狀態(tài)的截距增量，并根據截距增量得到發(fā)射體功函增量；通過計算截距增量的方法排除陰極結構因素對功函增量測量的影響；從發(fā)射體功函計算準確性角度出發(fā)，采用陰極處于暗電流放電狀態(tài)作為標準狀態(tài)計算發(fā)射體功函，排除氣體放電對功函測量的影響；可使用該方法評估電推進系統(tǒng)在軌發(fā)射體功函增量。

技術特征：

1.一種基于空心陰極暗電流的發(fā)射體功函增量計算方法，其特征在于：包括

2.根據權利要求1所述的一種基于空心陰極暗電流的發(fā)射體功函增量計算方法，其特征在于：初始狀態(tài)的發(fā)射體在引出電場強度下相應的引出電流的表達式為：

3.根據權利要求2所述的一種基于空心陰極暗電流的發(fā)射體功函增量計算方法，其特征在于：初始狀態(tài)的發(fā)射體在電場強度下相應的引出電流自然對數值的表達式為：

4.根據權利要求1所述的一種基于空心陰極暗電流的發(fā)射體功函增量計算方法，其特征在于：發(fā)射體當前狀態(tài)和初始狀態(tài)的截距增量的表達式為：

5.根據權利要求4所述的一種基于空心陰極暗電流的發(fā)射體功函增量計算方法，其特征在于：根據截距增量得到發(fā)射體由初始狀態(tài)到當前狀態(tài)的功函增量的計算公式為：δw＝kbtδb，δw為發(fā)射體由初始狀態(tài)到當前狀態(tài)的功函增量，t為發(fā)射體溫度，kb為玻爾茲曼常數。

6.根據權利要求5所述的一種基于空心陰極暗電流的發(fā)射體功函增量計算方法，其特征在于：玻爾茲曼常數kb取1.38j·k-1。

7.根據權利要求1所述的一種基于空心陰極暗電流的發(fā)射體功函增量計算方法，其特征在于：空心陰極恒定溫度ty≥1100攝氏度。

8.根據權利要求1所述的一種基于空心陰極暗電流的發(fā)射體功函增量計算方法，其特征在于：所述引出電場強度＞50v·m-1。

技術總結
本申請?zhí)岢龅囊环N基于空心陰極暗電流的發(fā)射體功函增量計算方法，保持初始狀態(tài)的空心陰極溫度恒定，并使鎢頂溫度保持不變；向初始狀態(tài)的發(fā)射體施加引出電場，繪制電場強度大小的平方跟與相應電場強度下的引出電流自然對數值的圖像，對得到的圖像進行線性擬合，得到發(fā)射體初始狀態(tài)圖像截距；通過同樣的方法得到發(fā)射體當前狀態(tài)下的發(fā)射體當前狀態(tài)圖像截距；進而得到發(fā)射體當前狀態(tài)和初始狀態(tài)的截距增量，并根據截距增量得到發(fā)射體功函增量；通過計算截距增量的方法排除陰極結構因素對功函增量測量的影響；采用陰極處于暗電流放電狀態(tài)作為標準狀態(tài)計算發(fā)射體功函，排除氣體放電對功函測量的影響；可使用該方法評估電推進系統(tǒng)在軌發(fā)射體功函增量。

技術研發(fā)人員：孟天航,孫江宏,楊晨,張巖,夏啟蒙,寧中喜
受保護的技術使用者：哈爾濱工業(yè)大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/23