图 3显示Xe的速度分布⁺离子从PIC模拟获得这解释了离子束的包络轨迹。上面的图像对应的情况下没有金属发动机罩,和较低的图像对应的情况下发动机盖安装。图中可以看出,网格几何图形都是精心设计的,离子束展品非常定向轨迹没有触及的加速器网格推断一个好的离子导流系数。离子速度达到最大 6 × 10 4 m / s,因为它通过加速器网格。可以计算通过测量光束发散角宽度在出口处平面。黄条放在正确的退出飞机有相同的高度表明,发散角较大时,发动机罩安装。

不同离子的运动,在网格系统是线性依赖于径向电场。图 4显示了在径向电场分布 z = 0.5 mm远离加速器的外表面网格。可以看出,径向电场时更强的发动机罩安装。较大的径向电场提高离子运动的径向远离中心线,从而带来更多的不同离子轨迹如图 3(b)。径向电场强度的增加在中心线的范围从15%到19% r = 0.7 mm远离中心线。

加速器栅极电压修改不仅离子释放的速度通过网格系统也修改径向电场。图 5显示了不同的离子束发散角的加速器电网电压。随着加速器网格上的负电位增加,整个网格系统的总压降增加。然而,同时电子束电流增加,因此,导流系数增加。当导流系数值小于最优值,光束发散角成反比导流系数( 12]。如图 5,发散角增加随着加速器栅极电压的增加由于电子束电流减少。然而,发动机罩的效果变得弱由于径向电场。有趣的是注意到从计算结果发散角略有下降在-325 V发动机罩安装时,这并不是观察到当发动机罩移除。

发动机罩的效果由法拉第探针测量实验研究。图 6显示了法拉第探针测量系统的示意图。离子引擎在我们实验室开发的是50 W类射频离子推进器与加速器网格上光束直径45毫米。表面积的收集器的法拉第探测电子束电流测量是10毫米。离子引擎被放置在一个特定位置探测的探测和翻译的 r 方向如图所示。分布的离子束电流通知的发散角( 20.]。束电流密度( J B )计算 (5) J B = ∑ k e Γ k Z k = 我 E P 一个 C + k G k 年代 E E , 在哪里 我 E P 测量电子束电流, 一个 c 是收集器探头表面的面积, k G 是一个收集器面积校正, k 年代 E E 会计是一个校正因子的二次发射收集器( 21]。 k G 和 k 年代 E E 计算了 (6) k G = π R G R 2 − R C 2 2 π R C h C 2 π R C h C + 2 π R G R h G R , 和 (7) k 年代 E E = 1 1 + Σ k Ω k γ k / Z k , 在哪里 R C 收集器的半径, h C 收集器的高度, R G R 保护环的半径, h G R 保护环的高度, Ω k , Z k , γ k 离子电流分数、负载量和二次发射率。最大的不确定性水平电流测量系统,获得了5点sccm 55 W是0.5 mA /厘米²95%的置信区间假设计算,统计误差遵循学生的 T 分配时使用样本的数量并不大( 22]。

图 7显示的电流密度分布的离子束测量 z = 15 厘米 远离加速器网格表面。射频输入功率是50 W, 3 sccm质量流率。点对应的发动机罩,象征,中空圆形符号对应发动机罩。可以看出,这两种情况下的电流密度径向方向的单调下降。考虑到不确定性水平,是边际状态的发散角离子束时更大的发动机罩安装和PIC模拟结果是一致的。

图 8显示了电流密度分布的离子束对各种射频权力当发动机罩安装。在4 sccm质量流率是常数,和探针放置在10厘米远离加速器网格表面。正如所料,电子束电流密度最高沿中心线和滴法拉第探针在径向方向上移动。随着功率的增加,梁的电流密度增加整个径向位置。然而,再次观察到电流密度增加的调查从3厘米为每个输入功率4厘米。图 9显示当前离子束的密度分布不同的质量流率。射频输入功率是50 W,探测器放置在远离加速器网格表面10厘米。随着质量流量的增加,梁的电流密度增加整个径向位置。然而,也观察到电流密度在4厘米,观察图再次上升 8。推测,电场主要负责下的粒子运动非常微弱的感应磁场径向方向不会改变单调。另一个原因可能是一个非均匀密度分布在放电室由于锥形形状的离子推进器。流量减少,第二高峰变得相对较弱。完整的描述一个射频离子推进器需要推力测量目前不可用。