LIPS-300离子推力器是我国自主研制的一款高功率、高推力的电轰击式离子推力器,其束流引出装置为30cm直径的三栅极组件。实际应用表明,该栅极组件能够满足推力器的性能指标要求,但在工作状态下,球面栅极的热变形会使栅极间距减小,轻则导致离子推力器工作性能下降,重则导致栅极接触短路,直接造成推力器失效。因此,开展离子推力器栅极热变形研究,预测栅极热变形,充分认识栅极热变形规律与特点并掌握其中机理,是解决离子推力器性能下降或失效问题的关键所在,对综合提升离子推力器工作性能与使用寿命具有重大意义。因此,本文以LIPS-300离子推力器的栅极组件作为研究对象,针对栅极热变形,通过实验测量、仿真研究以及理论计算等途径,开展了一系列研究。主要工作和创新点如下:1.基于课题组自主研发的栅极热变形测量系统,在大气环境下,除了针对栅极组件的表面温度场、栅极中心轴向位移测量之外,本文还首次开展了栅极组件轴向刚体位移、栅极边缘径向位移的测量。轴向刚体位移的获得,进一步提高了栅极中心轴向位移的测量精度。栅极边缘径向位移的获得,为栅极的热变形规律特点及相关机理分析提供了重要依据;2.针对栅极组件的真实结构,建立了双栅极组件全尺寸的1/6旋转对称有限元模型。同时设计了金属拉伸实验获得了栅极组件更加精确的材料参数。基于该有限元模型开展了栅极热变形仿真研究。结合仿真结果与实验测量结果,一方面验证了有限元仿真模型的合理性与精确性,另一方面对栅极热变形实验中观察到的热变形现象与规律进行了合理的分析与解释;3.考虑栅极为球面薄壳结构,为便于工程分析,本文基于材料等效原则,通过将多孔扁球壳结构等效为无孔扁球壳结构,并结合旋转壳的热应力及热变形理论,建立了球面栅极热变形分析的等效理论模型,并对球面栅极的热变形开展了理论计算。通过与实验及仿真分析结果的对比,验证了等效理论模型的合理性,可用于工程评估。另一方面,发现理论计算得到的栅极热变形规律与特点与仿真分析所获得的结论是一致的。同时也发现,理论模型的结果对仿真研究中关于栅极热变形的机理分析具有进一步的验证和支撑作用。