脉冲感应推力器,是一种通过脉冲式激励电流的电磁场感应电离和加速气体工质从而产生推力的太空电推进装置。本文综合运用理论分析、数值仿真及实验等研究手段,对脉冲感应推力器的工作机理开展系统研究,重点关注其等离子体结构演化、电路-等离子体双向耦合关系以及各类工作条件对等离子体加速过程的影响。本文建立了一种耦合激励电路与全域磁场的二维瞬态轴对称磁流体动力学模型,在COMSOL平台上实现了对激励电路放电过程、线圈磁场传播过程、等离子体电离-复合过程、等离子体流动过程的全耦合求解。采用文献公开数据对计算结果进行验证,表明模型能正确刻画激励线圈周围空间的流场、磁场结构随时间演化特征,对不同工作参数下推力器推进性能的预测结果也与实验数据有较好符合度。采用上述数值仿真模型,深入研究了脉冲感应推力器的单脉冲工作物理过程:细致仿真了各等离子体参数随时间演化情况,实现了对激励电路-等离子体之间双向耦合作用关系的定量化分析,明确了次生电流片现象的产生机制及其对推进性能的积极影响。同时讨论了放电电压、脉冲气体质量等参数,初始气体分布方式,以及共地板、真空舱壁等金属结构对等离子体加速的作用机制及其影响规律。研制了脉冲感应推力器实验平台,由原理性推力器、实验辅助系统、实验测量系统等三部分组成。其中,原理性推力器集成了激励线圈、电容器组、脉冲电路、脉冲气体喷注器等核心部件。实验辅助系统包含高压充电电源、真空模拟腔及触发控制子系统等外部设备。实验测量系统则由B-dot磁场探针阵列、高速相机、光电探测器、电流互感器、电压探头等测量装置组成。大气压条件下的测试结果表明,激励电路峰值电流、最大电流陡度、线圈表面磁场的大小及分布均匀性、触发控制子系统的控制精度等各项指标均满足设计预期。采用上述实验研究平台,首先针对稳态供气条件开展推力器工作过程研究,基于所获得的高速相机图像、磁场时空分布、激励电路电流波形与等离子体辐射强度波形,探究了放电气团的初始电离、结构演化、能量沉积和感应加速等机理。随后针对脉冲气体喷注条件,确定了快速脉冲供气阀与脉冲开关的最优控制延迟时间,在此基础上研究了脉冲气体喷注条件下的推力器工作过程,重点分析了气体喷注方式对气团初始电离、电流片结构演化、工质质量利用效率等问题的影响。