烧蚀型脉冲等离子体推力器能量分配机理

脉冲等离子体推力器（以下简称PPT）效率低下的缺点一直为使用者所诟病,但过去对其能量分配机理的研究十分匮乏,难以为高效率PPT的设计提供参考。针对这一现状,本研究以平板式烧蚀型PPT为对象,对推力器在4种不同放电能量（能量比1：2：3：4）下工作的电压、电流和脉冲烧蚀质量进行测量,并根据测量结果估算PPT的元冲量、比冲、效率等推进性能。此外,本研究还建立了能估算PPT推进剂利用率的数值模型,并用该模型分析实验研究结果。研究结果表明,能量利用率和推进剂利用率低下同时导致PPT推力器效率低下,随着放电能量的增加,PPT的能量利用率和推力器效率上升,分别从5.07%和2.88%逐渐提高至16.46%和5.23%,但推进剂利用率反而降低,由56.8%逐渐降低至31.8%。     

基于LabVIEW的单光子探测器量子效率测控软件设计

介绍了利用相关光子法测量单光子探测器量子效率的原理和测量系统,开发了一套用于该系统的测控软件。软件采用LabVIEW的标准状态机结构,使用 VISA串口程序库、ActiveX控件和报表生成器,编写了激光器控制、符合光子测量、测试报告生成等分支程序,实现控制状态机分支的切换,和其他各项功能的调用。实际应用表明,该软件测控系统运行可靠、界面友好,满足单光子探测器量子效率测量的要求。     

材料韧脆转移过程的数学模拟和实验标定

研究了Cr24Al2Si铁素体不锈钢韧脆转移过程的性能-温度曲线的数学模拟,找到了其最佳的韧脆转移数学模型。通过韧脆转移的数学模型,还可以找到能量韧脆转移温度T_C与无塑韧脆转移温度T_(NDT)之间的定量换算关系。 上述关系,不仅可以成为确定韧脆转移温度通用准则,提供一种定量分析的数学方法,而且使韧脆转移曲线转化为韧脆机制转移曲线,从而为建立冷脆断裂机制图奠定了基础。     

同轴双剪切气-气喷嘴数值模拟

通过求解 k-ε 湍流模型的Navier-Stokes 方程组,对以气氢/气氧为推进剂的同轴双剪切喷嘴燃烧室进行数值模拟研究.研究结果表明:与传统的同轴剪切喷嘴相比,双剪切气-气喷嘴使推进剂有两个剪切燃烧面,且出口尺寸变化不大;双剪切喷嘴中心氢与氢总质量流量的比例是双剪切喷嘴的关键设计参数,当比例值为0.3时,能充分发挥双剪切喷嘴两个燃烧面的优势,使双剪切喷嘴能在大流量工况下实现高的燃烧效率.     

大流量气-气喷嘴响应面法优化设计

为研究以气氢和气氧为推进剂的同轴双剪切喷嘴设计参数对推进剂燃烧位置的影响,利用正交表指导喷嘴设计,并对燃烧室流场进行数值模拟.结果表明:在单喷嘴流量相当于航天飞机主动发动机单喷嘴流量8倍的工况下,同轴双剪切喷嘴能实现高的燃烧效率;极差和方差分析显示氢/氧的速度比是对推进剂的燃烧位置影响最大的设计参数,而中心氢流量比例和氧喷嘴的壁厚对燃烧位置的影响不显著.通过构造基于正交多项式的响应面,获得同轴双剪切气-气喷嘴的优化组合参数.     

轴对称羽流流场数值模拟和实验验证

针对在轨航天器羽流效应对航天器整体寿命的影响,在\"DFH\"系列卫星姿控发动机喷管羽流实验研究的基础上,建立喷管的轴对称模型,选取矩形计算区域,设定一定的边界条件和计算条件,采用轴对称单组分直接模拟蒙特卡罗(DSMC,Direct Simulation Monte Carlo)方法对相应实验状态的羽流流场进行数值模拟研究.通过对比数值模拟结果和实验测量结果,表明DSMC数值模拟羽流流场的计算结果符合实际流动规律,实验验证了所编制的轴对称DSMC数值模拟程序的正确性和有效性.      

X射线数字成像系统传递函数模型

基于非晶硅面阵探测器的工业X射线数字成像系统是目前最先进的射线检测技术,其系统传递函数PSF(Point Spread-Function)由非点源形成的系统几何弥散、闪烁体膜层弥散、探测器像元孔径采样3部分组成.通过分析各环节射线透照场强的分布特性,以高斯函数近似各环节相应PSF的数学表达式,建立了整个数字成像系统的PSF及其MTF(Modulation Transfer Function)理论模型,并由系统PSF的半波宽得到系统的近似有效带宽.以PaxScan2520面阵探测器组成的X射线数字成像系统为例,通过实验验证了该模型的合理性,利用此模型可快速估计数字成像系统可分辨被检试件的最小细节,为工业射线检测提供理论基础.     

一种低能量远焦距电子枪技术

针对可移动非接触式月球表面电位探测器的电位无扰动测量单元对低能远焦电子束的需求,设计了低能远焦电子枪。以平板二极管电子枪为电子源,匹配两个静电聚焦透镜,将电子源引出的发散电子束聚焦为需要的形状,并加速至所需能量。优化电子枪的几何参数以及施加在电极上的电位,电子枪引出的电子束能量在5~500 eV内,并且具有良好的电子光路特性。电子束能量为5 eV时,初始半径r为5 mm,束腰至电子枪出口的距离p约为133 mm。随着能量增加,r逐渐减小至500 eV时的3 mm左右,p逐渐减小至105 mm。电子束经月球表面电场反射被电子收集平极接收,仿真数据和理论分析结果均表明,电子枪的工作距离为400~600 mm,平板接收的电子占发射电子比例在96%以上。电子枪结构质量仅408 g,满足探测器对电子枪的质量需求。     

微阴极电弧推力器研究进展

介绍一种适用于微纳卫星的新型微电推进方式——微阴极电弧推力器,其利用真空条件下放电电弧烧蚀阴极材料产生较高电离度的高速等离子体喷出产生推力,并利用外加磁场聚焦等离子体以减小羽流扩散角、提高比冲。总结了国外相关机构大量的研究工作,并实现了在轨验证。北京控制工程研究所及其研究团队已攻克了阴极工质均匀烧蚀、低电压放电击穿、磁场设计等关键技术,完成原理样机点火验证工作,并采用实验手段研究磁场对推力器影响;采用PIC/MCC方法开展数值仿真,获得推力器内部及羽流区相关参数分布,对其工作过程及工作机理开展研究,为工程应用奠定了基础。     

Multiple Coulomb scattering method to reconstruct low-energy gamma–ray direction in the GAMMA-400 space-based gamma–ray telescope

The GAMMA-400 currently developing space-based gamma-ray telescope is designed to measure the gamma-ray fluxes in the energy range from ～20?MeV to several TeV in the highly elliptic orbit (without shadowing the telescope by the Earth) continuously for a long time. The physical characteristics of the GAMMA-400 gamma-ray telescope, especially the angular and energy resolutions (at 100-GeV gamma rays they are ～0.01° and ～1%, respectively), allow us to consider this space-based experiment as the next step in the development of extraterrestrial high-energy gamma-ray astronomy. In this paper, a method to improve the reconstruction accuracy of incident angle for low-energy gamma rays in the GAMMA-400 space-based gamma-ray telescope is presented. The special analysis of topology of pair-conversion events in thin layers of converter was performed. Applying the energy dependence of multiple Coulomb scattering for pair components, it is possible to estimate the energies for each particle, and to use these energies as weight in the angle reconstruction procedure. To identify the unique track in each projection the imaginary curvature method is applied. It allows us to obtain significantly better angular resolution in comparison with other methods applied in current space-based experiments. When using this method for 50-MeV gamma rays the GAMMA-400 gamma-ray telescope angular resolution is about 4°.