Виявлення впливу способу магнітного екранування на топологію магнітного поля в прискорювальному каналі Холловського двигуна
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2026.354694Ключові слова:
Холловський двигун, магнітне екранування, топологія магнітного поля, прискорювальний канал, моделюванняАнотація
Об’єктом дослідження є магнітна система холловського двигуна типу ST-40 та її модифікація з магнітним екрануванням прискорювального каналу. Проблема, що розв’язувалася у роботі, полягає у відсутності систематизованих кількісних даних щодо впливу способів магнітного екранування на топологію магнітного поля в каналі. Невизначеними залишаються пов’язані параметри, що впливають на ерозію стінок і стійкість режимів роботи двигуна.
У роботі виконано математичне моделювання топології магнітного поля для двигуна класичної схеми та двох варіантів магнітного екранування: із зовнішнім магнітним екраном і з використанням магнітом’якого полого анода. Отримано просторові розподіли радіальної складової індукції поля та визначено градієнти індукції вздовж осі прискорювального каналу. Показано, що для класичної схеми максимальний градієнт індукції становить близько 0,67 Т/м. Зовнішній магнітний екран підвищує його до 1,17 Т/м, а порожнистий анод – до 1,29 Т/м, тобто у 1,7–1,9 раза.
Отримані результати пояснюються зміною магнітного опору та перерозподілом магнітного потоку, що призводить до деформації силових ліній, їх орієнтації вздовж діелектричних стінок каналу та винесення максимуму індукції магнітного поля за зріз двигуна. Відмінною рисою дослідження є пряме кількісне порівняння топології магнітного поля для різних конструктивних схем на єдиній геометричній та струмовій базі, що дозволило об’єктивно оцінити ефективність кожного варіанта магнітного екранування.
Практичне використання отриманих результатів можливе при проєктуванні та оптимізації магнітних систем Холловських двигунів середнього класу потужності за умов близьких до лабораторних і наземних випробувань. Їх застосування сприятиме зниженню ерозії, підвищенню стійкості розряду та збільшенню ресурсу
Посилання
- Kim, V. P. (2017). On the longitudinal distribution of electric field in the acceleration zones of plasma accelerators and thrusters with closed electron drift. Plasma Physics Reports, 43 (4), 486–498. https://doi.org/10.1134/s1063780x17040055
- Mikellides, I. G., Katz, I., Hofer, R. R., Goebel, D. M., de Grys, K., Mathers, A. (2011). Magnetic shielding of the channel walls in a Hall plasma accelerator. Physics of Plasmas, 18 (3). https://doi.org/10.1063/1.3551583
- Mikellides, I. G., Katz, I., Hofer, R. R., Goebel, D. M. (2014). Magnetic shielding of a laboratory Hall thruster. I. Theory and validation. Journal of Applied Physics, 115 (4). https://doi.org/10.1063/1.4862313
- de Grys, K., Mathers, A., Welander, B., Khayms, V. (2010). Demonstration of 10,400 Hours of Operation on 4.5 kW Qualification Model Hall Thruster. 46th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit. https://doi.org/10.2514/6.2010-6698
- Goebel, D. M., Katz, I., Mikellides, I. G. (2024). Fundamentals of Electric Propulsion. Wiley. Available at: https://search.catalog.loc.gov/instances/6347bd67-d681-5525-a0e3-7eb73345fdba?option=lccn&query=2023023149
- Garrigues, L., Hagelaar, G. J. M., Bareilles, J., Boniface, C., Boeuf, J. P. (2003). Model study of the influence of the magnetic field configuration on the performance and lifetime of a Hall thruster. Physics of Plasmas, 10 (12), 4886–4892. https://doi.org/10.1063/1.1622670
- Liu, Q., Li, Y., Hu, Y., Mao, W. (2023). Effects of Magnetic Field Gradient on the Performance of a Magnetically Shielded Hall Thruster. Aerospace, 10 (11), 942. https://doi.org/10.3390/aerospace10110942
- Yang, L., Zhang, T., Chen, J., Jia, Y. (2018). Numerical study of low-frequency discharge oscillations in a 5 kW Hall thruster. Plasma Science and Technology, 20 (7), 075503. https://doi.org/10.1088/2058-6272/aac012
- Hofer, R. R., Polk, J. E., Sekerak, M. J., Mikellides, I. G., Kamhawi, H., Sarver-Verhey, T. R. et al. (2016). The 12.5 kW Hall Effect Rocket with Magnetic Shielding (HERMeS) for the Asteroid Redirect Robotic Mission. 52nd AIAA/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference. https://doi.org/10.2514/6.2016-4825
- Hofer, R., Lobbia, R., Chaplin, V., Ortega, A., Mikellides, I., Polk J. et al. (2019). Completing the Development of the 12.5 kW Hall Effect Rocket with Magnetic Shielding (HERMeS). The 36th International Electric Propulsion Conference. University of Vienna. Available at: https://electricrocket.org/2019/193.pdf
- Kamhawi, H., Huang, W., Mikellides, I. G. (2018). Optimization of the Magnetic Field Topology in the Hall Effect Rocket with Magnetic Shielding. 2018 Joint Propulsion Conference. https://doi.org/10.2514/6.2018-4720
- Mikellides, I. G., Hofer, R. R., Katz, I., Goebel, D. M. (2014). Magnetic shielding of Hall thrusters at high discharge voltages. Journal of Applied Physics, 116 (5). https://doi.org/10.1063/1.4892160
- Petrenko, O., Troyan, A., Pererva, V. (2023). Parameters of the ST-40M hall thruster with increased power discharge supply. Journal of Rocket-Space Technology, 31 (4), 50–58. https://doi.org/10.15421/452307
- Meeker, D. (2015). Finite Element Method Magnetics (Version 4.2). Available at: https://www.femm.info
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 Olexandr Petrenko, Viktor Pererva
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.
