题目：磁等离子体推进器的数值仿真

磁等离子体推进是电推进的一种，具有高比冲、高推力密度的特点，因其容易实现与高功率结合，被认为是卫星平台机动和探索深空奥秘的最佳候选推进方案之一。磁等离子体推进器利用磁场和电流相互作用的洛仑兹力来加速工质产生推力，因此也被称为洛仑兹力加速器。这种推进方式可以得到比用化学推进剂高1-2个数量级的排气速度和较高的比冲。微型磁等离子体推进器是另一种新概念推进，是利用太阳风和注入高能等离子体使线圈磁场膨胀后的磁泡相互作用而产生推力，本文还利用了网格质点法对微型磁等离子体推进器的工作过程进行了模拟研究，获得了一些重要结果。本文采用磁流体力学方法对磁等离子体推进器进行数值模拟，首先对较大功率情形下的自身场磁等离子体推进器进行了模拟，研究了输入电流和入口总压的改变对推进器的影响。研究表明当增加推进器的电流时，推力室温度和速度都会随着电流的增加而增加。然后对附加场磁等离子体推进器进行了研究，并将其与自身场推进器的结果进行比较。结果表明只有当附加场足够大时，才能对推进器的性能产生影响，当外加磁场对推进器产生影响时，电弧收缩，扩张程度减小，而中心区域温度和速度都增加。在数值模拟的基础上，对低功率附加场磁等离子体推进器进行实验验证。在实验中，分别采用氩气和氮气作为工质，改变工质质量流量和输入电流，采集数据并对其进行分析。结果表明，当增加工质流量时，推进器的推力和电压都增加，而比冲则是先增加后减小；当改变输入电流时，推进器的推力和比冲产生波动，而输入电压呈下降趋势。本文还采用网格质点法模拟了背景磁场对微型磁等离子体推进器的影响。研究表明，背景磁场的存在不仅改变了粒子的分布，还改变了磁场膨胀的程度；存在z方向背景磁场时，线圈磁场和太阳风粒子相互作用产生的磁泡增大，磁顶层向外运动；但当背景磁场足够大时，太阳风粒子被背景磁场俘获，与线圈产生的磁场相互作用变弱；存在x方向背景磁场时，背景磁场的增大使粒子受线圈磁场的作用变小，磁顶层被压缩。