Effects of the neutral dynamics model on the particle-in-cell simulations of a Hall thruster plasma discharge
本文通过一维轴向和准二维轴向-周向PIC模拟，评估不同中性粒子流体与动力学模型对霍尔推力器放电预测的影响，发现模型选择显著改变放电演化，且仅用连续性方程会引发非物理高频振荡。
2023-04-02 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Multiple Plasma Stream Electromechanical Model for Pulsed Plasma Thruster
传统的雪犁/一维模型假设脉冲等离子体推力器（PPT）放电室中存在单个完全电离的等离子体片。然而，大量的实验分析和观察表明，存在多个等离子体流和部分电离的推进剂气体。本文建立了一个多层等离子体-中性质量片一维数值模型。该模型考虑了由于撬棍击穿产生的二次等离子体片以及主放电后产生的中性气体。该模型准确地计算了等离子体和中性质量片的位置，平均出口速度，推力交付和个人的等离子体片的质量开发的PPT。对两种不同的烧蚀脉冲等离子体推力器模型进行了验证和讨论。在最后一节中，等离子体片模型和电路模型也验证了在东京大学开发的液体推进剂PPT。结果表明，多片假设提供了一个准确的预测的放电电流和性能参数。多片假设模型解释了大多数实验观察到的现象，传统的段塞模型往往忽略。
2018-04-23 physics.plasm-ph
Effects of the applied fields' strength on the plasma behavior and processes in ExB plasma discharges of various propellants: II. Magnetic field
本文利用降阶PIC模拟研究了磁场强度对氙、氪、氩推进剂ExB等离子体放电的影响，发现磁场强度变化引发MTSI与ECDI的不同共存状态，并揭示了轴向电子电流密度与电子温度各向异性的分布特征。
2023-09-10 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Effects of the applied fields' strength on the plasma behavior and processes in ExB plasma discharges of various propellants: I. Electric field
本文利用降阶PIC方案研究外加电场和磁场强度对二维径向-方位角配置下氙、氪、氩无碰撞ExB等离子体放电的影响，发现电场强度决定了由MTSI或ECDI主导的两种不同等离子体状态，并导致电子电流密度径向分布和温度各向异性的变化。
2023-09-10 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Design of an Intake and a Thruster for an Atmosphere-Breathing Electric Propulsion System
飞行任务包括在极低高度的飞行任务，在这种高度上，大气层是航天器的空气动力阻力的来源，除非提供补偿办法，否则空气动力阻力最终决定了飞行任务的寿命。这种环境被命名为甚低地球轨道（VLEO），是为$h<450~km$定义的。除了卫星的空气动力学设计外，为了延长这类飞行任务的寿命，还需要一个高效的推进系统。一种解决方案是大气呼吸电推进（ABEP），它收集大气颗粒，用作电推进器的推进剂。该系统将最大限度地减少对有限推进剂可用性的要求，也可应用于任何有大气层的行星体，使新的飞行任务能够在较长时间内进行低空飞行。H2020 DISCOVERER项目的目标之一是为ABEP系统开发进气道和无电极等离子体推力器。本文介绍了取水口设计的特点和各自的最终设计，使收集效率达到$94\%$。另一方面，射频（RF）螺旋基等离子体推力器（IPT）在IRS开发，在此提出，以及，而其性能正在评估中，该推力器已与单一的大气物种作为推进剂，并强调了非常低的输入功率要求，在可比的质量流率$P\sim 60~W$操作。
2022-11-23 physics.plasm-ph physics.space-ph
Time-evolution of the ion velocity distribution function in the discharge of a Hall effect thruster
在5 kW级PPS $\circledR$ X 000霍尔推力器低频放电电流振荡（$\sim$ ~14 kHz）过程中，记录了$^+$离子轴向速度分布函数（VDF）的时间特性。的离子轴向速度分量的时间的演变监测的激光诱导荧光诊断工具的时间分辨率为100纳秒。由于在如此短的时间内荧光光子的数量非常低，因此使用自制的脉冲计数锁定系统来执行背景光子和荧光光子之间的实时区分。在时间上的离子VDF的演变，观察到在三个位置沿推力器通道轴后，快速关闭的推力器电源。阳极放电电流在5 $μ$ s期间以2 kHz关闭，与电流振荡周期没有任何同步。这种方法允许检查的时间行为的离子VDF在放电的衰减和点火过程中，以及在强制和自然等离子体振荡。测量结果表明，在强迫和自然的情况下，在一个频率接近电流振荡频率的时间周期性变化的分布函数的轴向分量的$^+$离子。离子密度和平均速度振荡，而速度色散保持不变，这表明电离层和加速层具有相同的动力学。最后，随着时间的推移的电场的变化是第一次实验证明在交叉场放电。
2009-02-09 physics.plasm-ph
RF Helicon Plasma Thruster for an Atmosphere-Breathing Electric Propulsion System (ABEP)
University of Stuttgart（斯图加特大学）；Institute of Space Systems (IRS)（空间系统研究所）
研究用于极低地球轨道和极低火星轨道无推进剂连续轨道运行的大气呼吸电推进系统，通过系统分析、设计进气口、数值模拟确定关键参数并制造验证推进器，给出验证的进气口设计和高效非接触等离子体推进器。
2026-07-07 physics.plasm-ph
Simulation Study of Coupling Effects Between a Hall Thruster and a Power Processing Unit
School of Energy Science and Engineering, Harbin Institute of Technology（哈尔滨工业大学能源学院）；Shanghai Institute of Space Power-Sources（上海空间电源研究所）
针对霍尔推力器作为电源负载时难以实时交互的问题，提出一种一维放电模型与电源仿真联合仿真方法，揭示了耦合条件下放电电流的11kHz低频响应，并对比了端口波形、频谱和场分布差异。
2026-06-27 physics.plasm-ph
14-moment maximum-entropy modelling of collisionless ions for Hall thruster discharges
霍尔效应推进器中的离子通常以低碰撞性为特征。在存在加速场和方位角电场波的情况下，这导致从热力学平衡的强烈偏离，从而引入动力学效应。这项工作探讨了14矩最大熵模型在这个问题上的应用。该方法包括一组14个偏微分方程的密度，动量，压力张量分量，热流矢量和四阶矩与粒子速度分布函数。该模型被应用到霍尔推力器样配置中的无碰撞离子动力学的研究，其准确性评估对不同的模型，包括弗拉索夫动力学方程。三个测试情况被认为是：一个纯粹的轴向加速问题，离子波捕获的问题，最后在轴向方位角平面的离子的演变。这项工作的大部分只考虑离子，并通过规定合理的电场值来消除与电子的耦合。这使我们能够获得不同的离子模型之间的直接比较。然而，运行自洽等离子体模拟的可能性也简要讨论，考虑准中性或多流体模型。最大熵系统似乎是一个强大的和准确的选择所考虑的测试用例。的准确性提高了更简单的无压气体模型（冷离子）和气体动力学的欧拉方程，而计算成本保持比直接动力学模拟低得多。
2022-07-31 physics.comp-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Experimental Study of a Low-Voltage Pulsed Plasma Thruster for Nanosatellites
本文设计、制造了一台同轴脉冲等离子体推力器，并进行了试验研究。该设计证实了PPT在放电电流水平为10.4kA的放电等离子体上的100至200 V的显著降低的放电电压下的操作，类似于磁等离子体动力学电弧。PPT阴极在宽范围的压力下用ICCD照相机成像，并且照片表明在较高压力下“无斑点”的扩散电弧附着到阴极，并且在较低压力下出现常规阴极斑点。阴极腐蚀速率测量支持在较高压力下“无斑点”操作的结论和在较低压力下阴极斑点的存在（在4托和3.5e-5托下分别测量到16.194 ug/C和40.785 ug/C的腐蚀速率）。
2022-12-04 physics.plasm-ph
Evolution of electron cross-field transport induced by an equilibrium azimuthal electric field in an $\mathrm{E}\times\mathrm{B}$ Hall thruster discharge under an azimuthally inhomogeneous neutral supply
霍尔推力器中电子在方位电场作用下的跨场输运具有$1/B$标度的迁移率。本研究探讨影响霍尔推力器的不同区域，如电离，加速和羽流区域的这种运输的参数。主要研究了由方位非均匀中性点供电引起的非零平衡方位电场。等离子体结构的快速傅里叶变换分析表明，方位等离子体结构的波数$k$增加从$k=2$，这是输入条件，$k=4$在羽流区域，和方位电场引起的总轴向通量主要是从占主导地位的傅里叶分量的结构引起的。形成等离子体电势和密度之间的方位角相位关系以使羽流区域处的轴向电子通量最大化，并且随着电子朝向加速区域流动而开始与其他等离子体性质一起变化。提取了有效轴向流度系数的空间演化规律，并讨论了其区域特征。
2021-10-05 physics.plasm-ph
A Brief Overlook on Magnetoplasmadynamic Thrusters
本文综述了磁等离子体动力推力器的工作原理、性能优势与关键技术挑战，指出其高比冲特性在深空长周期任务中具有重要应用前景。
2024-12-27 physics.plasm-ph
Analysis of a cusped helicon plasma thruster discharge
结合实验测量与混合PIC/流体模拟，研究尖峰磁场对紧凑型螺旋波等离子体推力器壁面损失、电子温度及性能的影响，并提出结构优化方向。
2023-07-18 physics.plasm-ph
A study of an air-breathing electrodeless plasma thruster discharge
本研究将空气等离子体化学引入二维轴对称模拟，评估无电极等离子体推进器的吸气式概念，发现 N$_2$、O 及其混合物在特定功率下推进效率可超 Xe。
2024-07-27 physics.plasm-ph
Controlling azimuthal spoke modes in cylindrical Hall thruster using a segmented anode
方位角轮辐状模式通常发生在ExB放电。轮辐模式的自然发生与等离子体参数的变化有关。在这里，而不是让这些变化自然发生，我们报告了一种技术，通过调整阳极的边界条件，积极控制的发言。该技术证明使用圆柱形霍尔推力器配备了分段阳极。通过改变阳极段的电压和相对相位，方位角模式的性质可以被显著改变，如快速相机图像和探针诊断所示。这种技术可以扩展到其他霍尔放电，以便诱导或抑制方位角活动，从而控制设备的操作和性能。
2018-09-03 physics.plasm-ph
Sizing of Hall effect thrusters with input power and thrust level: An Empirical Approach
尺寸确定方法可用于获得对于给定输入功率和对应推力水平的所需霍尔推进器尺寸和操作条件的第一估计。在对现有方法进行评述的基础上，提出了一种新的方法，该方法考虑了推力器的三个特征尺寸，即通道长度、通道宽度和通道平均直径以及磁场。这种方法是基于从控制霍尔效应推进器特性的物理原理推导出的分析定律，依赖于一系列简化假设。此外，考虑了通道壁面温度和通道内推进剂原子密度的约束。定标律的有效性进行了讨论，在一个庞大的数据库，其中包括23个单级霍尔效应推力器覆盖的功率范围从10 W到50 kW。最后，采用尺寸确定方法获得能够分别提供1 N和1.5 N推力的20 kW和25 kW霍尔效应推进器的初步几何形状和磁场强度。
2009-01-22 physics.plasm-ph
Study of a coaxial vacuum arc thruster plume and its interaction with applied magnetic field
本研究采用离子粒子-电子流体的混合模型模拟同轴真空弧推力器羽流，考察外加磁场影响，发现模拟中磁准直效应被高估。
2025-09-08 physics.plasm-ph
Analysis and Particle-in-Cell Simulation of Gridded ICRH Plasma Thruster
大有效载荷的深空任务是不切实际的，目前使用的火箭推进技术。化学推进器产生高推力但效率低，而离子推进器是有效的，但对于大型卫星和载人航天器提供的推力太小。等离子体推进是一种可行的替代方案，其推力高于电离子推进器，比冲远远超过化学火箭发动机。在本文中，混合推力器的探索，提供了高质量流率的等离子体推力器，同时最大限度地提高比冲。该系统的两个主要过程是等离子体的离子回旋共振加热和随后的静电加速离子与网格电极。通过对这两种组分的粒子模拟，比较了氙气、氩气和氦气的排气速度。已经发现，虽然系统的组合导致更大的排气速度，但加速度主要来自网格电极，因此氙是最合适的推进剂，其比冲高达4200 s。核聚变和裂变技术的进步将促进高功率等离子体推进器的部署，使航天器能够在太阳系中更快更远地飞行。
2022-11-17 physics.plasm-ph
Numerical investigation of reversed gas feed configurations for Hall thrusters
提出了一种霍尔推力器的反向供气结构，并进行了数值研究.作为一种替代标准的直接注射，我们调查的影响，注射推进剂附近的通道出口，并将其向后，朝向阳极。用直接模拟蒙特卡罗方法研究了冷阳极和热阳极条件下的中性密度场和平均速度场。使用测试粒子蒙特卡罗方法计算通道内和电离区域中的中性粒子的停留时间。计算表明，反向注入允许将标准进料配置的质量利用效率从2-5%增加到最大20-30%，这取决于初始效率。
2021-07-14 cs.CE physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Uncertainty quantification of a multi-component Hall thruster model at varying facility pressures
本文采用贝叶斯推断校准含阴极、放电和羽流子模型的耦合霍尔推力器模型，量化不同设备压力下的预测不确定性，并验证其跨工况、跨设施及在轨外推能力。
2025-10-21 physics.comp-ph physics.plasm-ph stat.AP
Modeling of an improved positive corona thruster and actuator
在这项工作中，我们将执行一个积极的电晕放电在氮气中的模拟，使用两种不同的非对称电容器的几何形状。这项工作代表了对以前的工作的改进，以实现更高的离子风速以及更强的静电推进力的所有涉及的电极。在我们的模型中，使用的正离子源是一个小直径的导线，它产生一个积极的电晕放电在氮气直接接地（或带负电荷）的电极。通过应用流体动力学和静电理论，所有的流体动力学和静电力的考虑的几何形状上的作用将被计算，试图证明新开发的几何形状的更大的性能。
2012-02-21 physics.plasm-ph
The possibility of a Hall thruster operation in the absence of the anode sheath
本文提出了一种确定陶瓷通道霍尔推力器准一维稳态模型边界条件的方法。对于一个给定的质量流率和磁场轮廓的施加条件的一个平滑的声波过渡唯一地确定在阳极等离子体密度。放电电压决定了阳极鞘层的结构，从而决定了阳极处的电子和离子速度。这些参数似乎足以构造具有给定温度分布的解。结果表明，通过选择合适的电子迁移率和温度分布，可以实现模拟和实验结果之间的良好相关性。从理论上研究了在放电电压、中性粒子进入速度和通道长度等较宽输入参数范围内电极鞘层的结构，并讨论了实现无鞘层工作机制的可能性。
2002-05-11 physics.plasm-ph
Diagnostic Setup for Characterization of Near-Anode Processes in Hall Thrusters
研制了霍尔电流等离子体推力器近阳极过程的诊断装置，该装置由偏置和发射静电探针、高精度定位系统和低噪声电子电路组成。实验结果表明，径向探针插入不会引起扰动的放电，因此可以用于精确的近阳极测量。
2003-10-16 physics.acc-ph physics.plasm-ph
RF Helicon-based Inductive Plasma Thruster (IPT) Design for an Atmosphere-Breathing Electric Propulsion system (ABEP)
载人航天飞行任务包括那些在非常低的高度，大气层是航天器的空气动力阻力的来源。为了延长这些任务的寿命，需要一个有效的推进系统。一种解决方案是大气呼吸电力推进（ABEP）。它收集大气中的微粒，用作电动推进器的推进剂。该系统将最大限度地减少对有限推进剂可用性的要求，也可应用于任何有大气层的行星，使新的任务能够在低海拔范围内进行更长时间的飞行。地球轨道上存在活性化学物质，如原子氧。这些物质导致（不仅是）推进系统部件的腐蚀，即传统EP系统的加速栅格、电极和放电通道。IRS正在DISCOVERER项目范围内为ABEP系统开发进气口和推进器。介绍了射频螺旋桨感应等离子体推力器（IPT）的设计与实现。本文特别涉及一种新的天线的设计和实现，称为鸟笼天线，一个众所周知的设备在磁共振成像（MRI），最近也用于基于螺旋波的等离子体源在聚变研究。IPT基于射频无电极操作，并辅以外部施加的静态磁场。IPT由天线、放电通道、可移动喷射器和螺线管组成。通过改变操作参数以及新颖的天线设计，目的是使RF电路中的损耗最小化，并加速准中性等离子体羽流。这也将通过在等离子体内形成螺旋波来辅助，螺旋波将提高整体效率并实现更高的排气速度。最后，设计的IPT与鸟笼天线的设计过程中，特别关注
2020-07-14 physics.plasm-ph
On the numerical simulations of electric field-enhanced solid-state electro-aerodynamic thrusters enabled with an insulated electrode
本文通过数值模拟验证了电场增强固态电空气动力学推进器概念，该概念使用不放电的辅助电极诱导电离，在保持推力功率比的同时提升推力密度。
2025-08-21 physics.plasm-ph
Effect of Anode Dielectric Coating on Hall Thruster Operation
在霍尔推力器的近阳极区域中观察到的一个有趣的现象是，在去除霍尔推力器操作的正常过程期间在阳极表面上产生的电介质涂层后，阳极下降从正变为负。阳极跌落可能会影响推力器的寿命和加速效率。阳极涂层上的阳极下降的效果进行了实验研究，使用偏置和发射探头。放电电流振荡的测量表明，推力器的操作是更稳定的涂层阳极。
2003-10-16 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Numerical investigations of a cylindrical Hall thruster
采用一种新的三维粒子模拟程序，对100 W CHT推力器的工作过程进行了数值模拟。在模拟中，观察到一个以约0.8 cm/μs的速度移动的轮辐。发现辐条的初始位置与阴极位置密切相关。模拟结果表明，中性气体的耗尽会导致放电的方位不对称性，并可能导致轮辐现象。
2012-08-21 physics.plasm-ph
Electrospray Thruster Plume Dynamics: Insights from Precise PP Coulomb Field Simulation
本文通过粒子-粒子（PP）模拟方法直接计算电喷雾推力器羽流中液滴间的库仑相互作用，系统分析六个关键参数对羽流发散的影响，并定量建立参数-羽流关系，为推力器优化提供指导。
2025-05-04 physics.plasm-ph
Direction for the Future - Successive Acceleration of Positive and Negative Ions Applied to Space Propulsion
与化学推进器相比，电空间推进器在太空的应用方面显示出重要的优势，因为电空间推进器的任务寿命较长，重量和推进剂消耗量较低。目前市场上的成熟技术是加速正离子产生推力。离子束被下游的电子中和，并且这种对附加中和系统的需要具有与稳定性、寿命以及总重量和功耗相关的一些缺点。许多新的概念，以摆脱中和剂，已被提出，和PEGASES离子-离子推力器是其中之一。这种新的推进器概念旨在加速正离子和负离子以产生推力，使得额外的中和是多余的。本章概述了电推进的概念和这种新型离子-离子推进器的发展状况。
2014-11-06 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Reduced-order particle-in-cell simulations of a high-power magnetically shielded Hall thruster
本文采用新型降阶PIC格式对20 kW磁屏蔽霍尔推力器进行轴向-方位角和径向-方位角模拟，在无特设电子迁移率模型下自洽解析650 μs放电演化，并以70%至80%精度逼近实验性能，同时揭示了出口附近长波长低频波模对电子输运的显著影响。
2023-04-13 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Pulse Shaping Increases Efficiency in Pulsed Plasma Accelerators
The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；Texas Materials Institute, The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校材料研究所）
本研究通过可编程脉冲整形技术，利用固态集成功率模块调控脉冲参数，使气体馈送型脉冲电磁推进器的比冲提升278%、推力效率从0.2%升至3.3%，优化了推进器性能。
2026-08-03 physics.plasm-ph
Collisionless ion modeling in Hall thrusters: analytical axial velocity distribution function and heat flux closures
分析了无碰撞霍尔推力器放电离子轴向速度分布函数的成因。在离子产生单能和稳态的简化假设下，应用Tonks-Langmuir理论，从Vlasov方程得到了VDF的解析形式。从Vlasov方程推导出等效的一维非定常各向异性矩方程组，并制定了简单的唯象封闭，假设离子VDF的多项式形状。的分析结果和各向异性矩方程进行比较碰撞PIC模拟，采用零热通量（欧拉方程）或多项式VDF封闭的热通量。然后将分析离子VDF及其矩与实验测量值进行比较。
2020-06-09 physics.plasm-ph
Performance of Oscillating Plasma Thrusters
描述等离子体推力器性能的传统表达式和定义，包括推力、比冲和推力器效率，假设具有恒定流速的稳态等离子体流。然而，这是非常常见的，这些推力器的等离子体表现出不稳定的行为，导致推力和排气速度的时间变化。例如，在霍尔推进器中，电离不稳定性导致放电电流（所谓的呼吸振荡）、等离子体密度、离子能量的强烈振荡，并因此导致离子流的强烈振荡。在本文中，我们重新制定的推力和推力效率占离子参数的时间变化，包括离子能量和离子流之间的相移。对于正弦振荡，发现推力可以潜在地改变超过20%。结果表明，通过调制离子能量在特定的振幅，推力可以在这样的制度最大化。最后，推导出调制推力器的推力器效率的表达式，以显示这种推力器效率低下的机制。
2020-02-22 physics.app-ph physics.plasm-ph
Free-Molecular Face-Flux Preprocessing for Reduced Neutral-Continuity Modeling in Hall Thrusters: Particle-Based Reference and Deterministic SN-DFEM Realization
School of Energy Science and Engineering, Harbin Institute of Technology（哈尔滨工业大学能源学院）
针对霍尔推进器中中性气体输运的高计算成本问题，提出自由分子预处理策略，通过粒子参考和确定性SN-DFEM方法提供面通量闭合，显著降低统计误差。
2026-06-15 physics.plasm-ph
Rotating spoke instabilities in a wall-less Hall thruster: Simulations
采用三维PIC MCC程序对ISCT 200推力器无壁构型下的低频旋转等离子体不稳定性（轮辐）进行了数值模拟。在模拟中，观察到m = 1的轮辐在ExB方向上以6.5 km/s的速度旋转。轮辐中的旋转电子密度结构伴随着中性气体的强烈耗尽区域，这清楚地表明轮辐不稳定性具有电离性质，类似于轴向呼吸模式振荡。在模拟中，通过轮辐芯的电子交叉场传输由高频（4-10 MHz）、短尺度（3 mm）电场振荡中的扩散引起。这些短尺度振荡在推进器放电中起着至关重要的作用，因为超过70%的阳极电子电流来自辐条核心。电流的其余部分源自轮辐前部，其中电子向阳极的交叉场传输是由于轮辐宏观方位角电场中的ExB漂移。
2019-03-09 physics.plasm-ph
Two-dimensional hybrid model of gradient drift instability and enhanced electron transport in a Hall thruster
建立了一个轴向-方位二维霍尔推力器放电模型，用于分析梯度漂移不稳定性（GDI）和GDI单独引起的跨场电子输运增强。对部分电离等离子体采用粒子-流体混合模型，其中假设准中性等离子体中存在无惯性电子流体。为了避免数值不稳定性，准确分析GDI的物理性质，提出了一种无振荡的电子流体模型势场求解方法。对一台1 kW级阳极层式霍尔推力器进行了数值模拟，给出了等离子体不稳定时的流场。在加速区和羽流区观察到了具有涡状结构的等离子体不稳定性。所产生的等离子体不稳定性增强了在通道出口周围的轴向方向和在羽流区域中的交叉场电子输运。证实了电子输运增强效应对网格收敛的影响，表明跨场电子输运增强是基于等离子体不稳定性的。此外，模拟结果与线性微扰分析的比较表明，模拟的等离子体不稳定性反映了GDI理论。结果表明，该混合模型可用于GDI的分析，GDI可增强霍尔推力器的跨场电子输运。
2021-06-01 physics.plasm-ph
A comparison of Fourier and POD mode decomposition methods for high-speed Hall thruster video
霍尔推进器易受影响推进器性能和寿命的大幅度等离子体振荡的影响，并且也难以建模。高速摄像机是一种流行的工具来研究这些动态，由于其空间分辨率，是一种流行的，非侵入性的补充原位探头。推进器振荡的高速视频可以通过算法分离（分解）成相干结构（模式），帮助我们更好地理解每个结构的演变和相互作用。这项工作提供了一个介绍，比较，并逐步教程建立傅立叶和更新的适当的正交分解（POD）算法，适用于高速视频的无屏蔽H6 6千瓦实验室模型霍尔推进器。从这个数据集，两套算法识别和表征$m=0$和$m>0$模式的放电通道和阴极区域的推力器羽流，以及模式之间的跳变$m=3$和$m=4$旋转辐条的通道。傅立叶方法是表征线性模态结构的理想方法，也提供了直观的色散关系。相比之下，POD方法使用能量最小化技术来定制基组，该能量最小化技术更好地捕获这些结构的非线性性质并且具有更简单的实现。傅立叶和POD方法一起为研究霍尔推力器等离子体不稳定性和模式动力学提供了一个更完整的工具包。具体来说，我们建议首先应用POD来快速识别全球动力学的性质和位置，然后使用傅立叶方法来隔离色散图和其他基于波动的物理学。
2022-05-27 eess.IV math.DS physics.plasm-ph
Numerical analysis of azimuthal rotating spokes in a crossed-field discharge plasma
低频旋转辐条在交叉场放电等离子体中获得使用二维数值模拟。一个粒子-流体混合模型是用来模拟等离子体流的配置类似于霍尔推力器。据报道，漂移扩散近似的电子流体的结果在病态的矩阵时，解决的潜力，因为在整个磁场的电子迁移率的差异，并在E $\times$ B漂移的方向。在本文中，我们采用了双曲线的方法，使稳定的计算，即更好的迭代收敛的电子流体模型。我们的模拟结果显示了一个相干旋转结构在E $\times$ B方向上以2,500 m/s的相速度传播，这与实验数据一致。由数值模拟得到的相速度与由梯度漂移不稳定性的色散关系预测的相速度吻合得很好。
2018-03-27 physics.plasm-ph
Likelihood topology and applicability limits of spatial anti-aliasing inversion for folded electron drift instability dispersion in Hall thrusters
Harbin Institute of Technology（哈尔滨工业大学）
本文通过数值求解线性动理学EDI色散关系，评估了基于双探针合成信号的最大似然空间反混叠反演方法，在典型霍尔推力器放电参数下，该方法突破了约1 krad/m的常规奈奎斯特波数极限，将可访问范围扩展至约22 krad/m，并恢复了第一至第五阶EDI分支的似然脊，同时参数扫描表明统计实现次数L主要抑制伪混叠峰，频率分辨率Δf主要决定折叠极值附近的局部分支分离。
2026-06-02 physics.plasm-ph
Research on mode transition of micro-newton-level cusped field Hall thruster
Harbin Institute of Technology（哈尔滨工业大学）
研究微牛级杯形磁场霍尔推进器在微波模式转换过程中的等离子体参数变化及放电特性，揭示电子加热机制从体积加热到表面波加热的转变机制。
2026-04-22 physics.plasm-ph
Characterization of ISF-VAT performance in weak magnetic nozzle
真空电弧推力器性能的磁性喷嘴配置的实验特点。测量是在阳极内径为$1.8$ mm的微型同轴推力器上进行的。磁场B由直径为$18$ mm的单个空气线圈产生。直接测量推力、质量消耗和电弧电流。为了获得统计上可行的结果，在每个操作点分析$\approx 6000$电弧脉冲。阴极质量侵蚀是使用激光轮廓测量。为了在几个测量周期内维持推进器的操作，使用了活性阴极馈电系统。对于$0< B \leq 0.2$ T，在$B \approx 0.2$ T下获得的推力与电弧功率比$T/P \approx 9$ $μ$ N/W最佳时，观察到性能比无磁情况有所提高。提供了一个参数化模型，该模型基于磁喷嘴的光束准直和加速来捕获性能增强。对于$B > 0.2$ T的电弧放电被证明是抑制无效的喷嘴效应的任何额外的收益。
2020-04-30 physics.plasm-ph physics.space-ph
INCA - Inductively Coupled Array Discharge
最近，在理论上提出了在低压下无碰撞电子加热和等离子体产生的新概念（U Czarnetzki和Kh Tarnev，Phys. Plasmas 21（2014）123508）。它是基于周期性结构的旋涡场，产生一定的电子共振的速度空间。对基础理论的更详细研究在一篇配套论文中提出（U Czarnetzki，提交给PSST（2018），arXiv：1806.00505）。在这里，新的概念是实验上实现的第一次由INCA（电感耦合阵列）放电。周期性的旋涡场由一组小平面线圈产生。结果表明，该阵列可以按比例放大到任意尺寸，同时保持其电气特性。在压力约为1 Pa和低于1 Pa的情况下，可实现稳定运行。功率耦合效率的特点和效率的增加，观察到随着压力的降低。放电的空间均匀性进行了研究，等离子体参数与功率和压力的行为。线性缩放的等离子体密度与功率和压力，典型的常规感应放电，观察。最值得注意的是，等离子体电位和相应的平均离子能量显示出明确的证据，超高能电子的存在，归因于随机加热。在随机加热模式下，电子分布函数变得近似麦克斯韦，但随着压力的增加，它转向从经典感应放电已知的特征局部分布函数。大面积处理或推进器是这种新的等离子体源的可能应用。
2018-06-07 physics.plasm-ph
Data-driven local operator finding for reduced-order modelling of plasma systems: II. Application to parametric dynamics
Imperial College London（帝国理工学院）；University of Washington（华盛顿大学）
本文扩展数据驱动局部算子发现算法 Phi Method，提出 parametric 与 ensemble 两种形式，用于参数化等离子体及流体动力学的 PDE 恢复与跨参数预测。
2024-03-03 cs.LG physics.comp-ph physics.plasm-ph
Kinetic Electron Cooling in Magnetic Nozzles: Experiments and Modeling
针对长距离太空旅行对高性能推进系统的需求，本文综述了磁喷嘴中电子冷却机制的实验与理论研究进展，重点讨论动理学视角的研究方法，并提出该领域的未来挑战与研究展望。
2022-12-14 physics.plasm-ph
JC-PIC: kinetic (PIC-MCC) simulation of lowtemperature plasmas with a documented library of one hundred test cases
CNRS Emeritus Senior Research Scientist, LAPLACE, CNRS, Université de Toulouse（法国国家科学研究中心退休高级研究员，拉普拉塞实验室，法国国家科学研究中心，图卢兹大学）
本文介绍免费 Windows 程序 JC-PIC，一个带并行引擎和图形界面的 1D3V 静电 PIC-MCC 代码，内置约百个文档化测试用例，其中半数复现已发表结果，其余与解析解比较，并展示六个代表性物理案例。
2026-09-15 physics.plasm-ph
Using neural networks to solve the 2D Poisson equation for electric field computation in plasma fluid simulations
CERFACS（欧洲科学计算研究与高级培训中心）；ISAE-SUPAERO（法国国立高等航空航天学院）；Université de Toulouse（图卢兹大学）；SAFRAN AIRCRAFT ENGINES（赛峰飞机发动机公司）
在霍尔效应推力器和流光放电等离子体流体模拟中，泊松方程是获得自洽解的关键，因为泊松解是非定常非线性流动方程的源项。作为第一步，使用深度神经网络求解具有零Dirichlet边界条件的2D泊松方程，使用多尺度架构进行研究，根据分支数，深度和感受野进行定义。一个关键的目标是更好地理解神经网络如何学习泊松解，并提供指导方针，以实现最佳的网络配置，特别是当耦合到时变欧拉方程与等离子体源项。在这里，感受场被发现是正确捕捉场的大拓扑结构的关键。多架构，损失和超参数的调查提供了一个最佳的网络，以准确地解决稳定的泊松问题。最佳的神经网络求解器，称为PlasmaNet的性能，然后监测网格上的节点数量不断增加，并与经典的并行线性求解器。接下来，在电子等离子体振荡测试案例的背景下，PlasmaNet与非稳态欧拉等离子体流体方程求解器耦合。在这个随时间演化的问题中，物理损失是产生稳定模拟所必需的。PlasmaNet最后测试一个更复杂的情况下，涉及化学和平流放电传播。在前面的章节中建立的指导原则被应用于构建CNN，以在具有不同边界条件的柱坐标中求解相同的泊松方程。结果显示良好的CNN预测，并铺平了道路，新的计算策略，使用现代GPU为基础的硬件来预测涉及泊松方程的非定常问题。
2021-11-17 cs.LG physics.plasm-ph
Fully kinetic model of plasma expansion in a magnetic nozzle
一个自洽模型进行稳态完全动力学粒子模拟的磁化等离子体羽流。一个基于能量的电子反射，防止与一个典型的开放流出边界的数值泵不稳定性，并示出足够的一般性，羽流动力学和等离子体电位证明域的独立性（4%以内）。这是由泊松方程上的非稳态罗宾型边界条件支持的，耦合到允许瞬态中下游电位降的物理演变的电容电路。该方法已通过实验验证，提供的结果属于测量的不确定性。然后进行模拟研究碰撞氙放电到轴对称发散磁喷嘴。特别讨论了识别的电位以及所产生的电荷分离在羽流的边缘，离子中性电荷交换的作用，和三个区域的分段多方冷却制度的电子。结果表明，多变指数取决于磁化程度。具体而言，在该区域附近的推力器出口，羽流是弱磁化，由于电子重粒子碰撞的交叉场扩散。在下游，出现近等温膨胀的强磁化区域。最后，在分离区域，多变指数趋于更绝热的未磁化的情况。随着喷嘴磁场强度的增加，发现$\barγ_e\sim1.16$的平均多变指数存在一个下限。
2022-02-22 physics.plasm-ph
Investigation of the influence of electrostatic excitation on instabilities and electron transport in ExB plasma configurations
本研究通过一维和二维粒子模拟探讨了在ExB等离子体构型中施加轴向时变电场对ECDI等不稳定性演化和电子交叉场输运的影响，发现约40 MHz激发可降低ECDI振幅并减少约30%的电子输运，为提升等离子体约束提供了新途径。
2025-04-03 physics.plasm-ph
Shallow Recurrent Decoder for Reduced Order Modeling of Plasma Dynamics
University of Washington（华盛顿大学）；Imperial College London（伦敦帝国学院）
针对高保真等离子体模拟成本高昂的问题，本文提出基于 SHRED 架构的降阶模型，仅用三个点传感器即可重构并预测耦合时空场。
2024-05-20 cs.LG nlin.PS physics.comp-ph
A possible approach to overcome the saturation of the neutron yield in a Plasma Focus and to achieve breakeven
Universita’ di Genova（热那亚大学）
针对等离子体聚焦装置中子产额随能量增加而饱和的问题，提出通过叠加径向磁场抑制等离子体鞘层丝状化，从而消除饱和、提升驱动参数并实现DT燃料下的能量盈亏平衡。
2026-06-26 physics.plasm-ph
