基于放电室均布模型的射频离子推力器研究

为了研究工作参数和结构参数对射频离子推力器放电性能的影响规律，通过开展放电室均布模型数值仿真和推力器性能试验，研究了射频离子推力器LRIT 40的放电机理和放电性能随结构参数和工作参数的变化规律。研究发现，减小长径比或增大工质流率、栅极电压及射频功率均能增大推力器束电流，改善推力器性能。通过分析试验结果和仿真结果得到，放电室均布模型可用于研究射频离子推力器的性能。     

放电电压和屏栅电压对离子推力器性能的影响

利用试验和数值模拟相结合的方法研究6 cm Kaufman离子推力器放电电压和屏栅电压的变化对其工作性能的影响。试验中,离子推力器使用氩气作为推进剂,测量了多组不同工况下的性能参数。此外,基于Goebel的理论模型模拟了放电电压对束流电流和推进剂利用率的影响;采用单元内粒子 蒙特卡罗碰撞（PIC-MCC方法模拟屏栅电压对束流电流、推进剂利用率和加速栅极电流的影响。试验和数值模拟结果一致,发现当放电电压逐渐增大时,引出的束流电流和推进剂利用率先增加然后趋于稳定;当屏栅电压逐渐增大时,引出的束流电流和推进剂利用率先增加然后趋于稳定,加速栅极电流先减小后趋于稳定。研究可以为提高多模式离子推力器的性能提供参考。     

丝束同轴冷阴极电子束熔丝特性及TC4成形组织

针对热阴极电子束轴侧熔丝与丝束同轴冷阴极电子束熔丝方法的特点进行分析，研究了丝束同轴冷阴极电子束熔丝增材制造熔滴过渡特点及获得滴状过渡和搭桥过渡方式需要满足的条件。采用直径2 mm的TC4钛合金丝材制备出丝束同轴冷阴极电子束熔丝增材制造的钛合金试样，对其微观组织进行分析，结果表明:与常规热阴极电子束轴侧熔丝成形的工艺相比，丝束同轴冷阴极电子束熔丝成形试样的组织表现为等轴晶与柱状晶层层交替叠加的状态，柱状晶与等轴晶尺寸明显减小，表明成形试样的晶粒细化，力学性能得到提高。      

LHT40低功率霍尔推力器放电特性试验

为了获得300W级混合励磁模式低功率霍尔推力器的放电特性,采用一套高精度激光微推力测量装置和集成离子流诊断装置获得推力器不同工况下推力、比冲、效率、束流发散角和质量利用效率的变化特性。试验结果表明,推力器的推力、比冲、阳极效率在200～300V存在一个最大值;放电电流、放电电压呈现无阻尼谐波振荡特性,其一阶频率大约4.05kHz。在恒定电场和磁场下,推力器束流离子电流密度呈现双极扩散的结构;阳极流率增大至0.95mg/s时,离子电流密度呈现典型的双峰结构,质量利用效率与质量流率呈现正相关的特性。     

Results of ZARNITZA-2, a rocket experiment on artificial electron beam injection in the ionosphere

The rocket experiment ZARNITZA-2 on artificial electron beam injection in the ionosphere was carried out on September 11, 1975. Great attention was paid to the study of phenomena occurring in the near-rocket region. The results of the experiment are discussed in terms of a beam plasma discharge.     

Peculiarities of the environment disturbance during the electron beam injection from the rocket

The paper presents some results obtained when a beam of electrons (energy 2 to 3.5 keV, current 0.2 to 0.4A) was injected from aboard the rocket at 100 to 150 km.At the moments the beam was injected perturbations of the near-rocket region are observed with a cross-section of about 500 m, it is much larger than the region over which the injected beam is extended.The appearance of the above region can be explained by the interaction of accelerated ions with the surroundings; the ions are generated during the positive rocket charge neutralization owing to discharge mechanisms. It is confirmed by direct measurements of the rocket potential which is about 2 kV near the apogee.     

Rocket potential measurements during electron beam injection into the ionosphere

The results of measurements made by the retarding potential analyzer of electron fluxes recorded during electron beam injection ～0.5A current pulses and energy 15 or 27 keV during the ARAKS experiment are analyzed. The relatively low rocket potential (～150 V) observed is explained by the formation of a highly conducting region near the rocket. Such a region can be formed via intense plasma waves generated by the beam. This mechanism also explains the heating of the electrons near the rocket. Measurements of electron fluxes with energies of 1 to 3 keV and estimate based on the beam plasma discharge theory agree very well.     

复杂边界条件下的多跨梁的振动模型

对Timoshenko梁的横向自由振动方程进行推导,进而运用传递矩阵法给出了复杂边界条件下的多跨梁的自由振动模型.在不考虑梁的剪切变形和绕中性轴的转动惯量的影响的情况下,模型简化成了Bernoulli-Euler梁的格式.通过分析,给出了3个具有工程意义的简化模型,分别是双跨梁、悬臂梁带有集中质量模型及带有任意拉压弹簧和集中质量的自由振动模型.简化模型的分析结果与已有文献的分析结果相比具有很好的一致性,表明本文建立的模型是合理可用的.      

碘工质射频离子推力器栅极系统束流特性仿真

为分析碘工质射频离子推力器束流特性,应用粒子云网格算法（PIC）,对碘工质射频离子推力器栅极系统进行三维数值仿真。碘工质电离产物中除了大量存在的I⁺,还包含少量I₂⁺、I²⁺、I³⁺几种多价离子。对添加多价离子前后束流特性的仿真结果进行对比,得出该栅极系统离子空间分布、电势分布、离子相空间分布以及束流、束流发散角,并对变密度工况下束流大小进行统计。计算结果表明,程序能较好地模拟离子在栅极系统中的运动情况：添加多价离子后,等离子体悬浮电势有所上升,鞍点电势有所下降,但整体电势分布的变化幅度较小;添加多价离子后束流大小略有增加,束流发散角略有减小,通过理论分析可知仿真所得理论推力及理论比冲均有小幅度增加;放电室等离子体数密度增加到约2.4×10¹⁷m^-3时,该栅极系统达到了束流引出的极限,后续增大等离子体密度引出束流不增反降。模拟结果可以为碘工质射频离子推力器栅极系统的设计提供参考。     

充气展开自支撑臂振动模态分析

充气展开自支撑臂是由层合铝膜和离散自支撑壳组成,可在无充气压力下实现对有效载荷的支撑。为提高充气展开自支撑臂振动特性预测精度,首先,基于Timoshenko梁理论和哈密顿原理,推导了自支撑臂振动微分方程,提出了考虑充气压力的预应力和构型变化的梁单元模型。该单元模型考虑了结构自支撑壳的离散分布特性,使建立的质量矩阵更接近自支撑臂结构的真实值。然后,通过实验对该模型进行验证,结果表明本文方法比传统梁单元模型具有更好的精度。最后,分析了充气压力和自支撑壳宽度等参数对自支撑臂结构振动模态的影响规律,结果可为充气展开自支撑臂的设计提供理论参考。      

Research of flexible beam impact dynamics based on space probe-cone docking mechanism

The issue considered in this paper is the dynamic behavior of flexible probe based on space probe-cone docking mechanism in the docking process. The theoretical model of docking impact dynamics based on flexible beam is built according to the Lagrange Analytical Mechanics theory. The contact problem is solved by using Hertz point-surface contact model. Assumed Modes Method is introduced to describe the deformation of flexible beam. Runge–Kutta numerical method is used to solve this theoretical model. Results of the theoretical model show a good agreement with the experimental and MSC.Patran/Dytran simulation results. Moreover, the influence of flexible beam parameter on docking impact process is analyzed based on the theoretical model.     

基于高斯波束传输的高功率微波的大气击穿问题

提出了一种修正利用高斯波束传输高功率微波(High-Power Microwave,HPM)时的大气折射率的模型.在此模型中,把高斯波束横截面分成若干个同心圆环,并假定每一个同心圆环内的场强分布是均匀的.以基于电子流体力学方程和Maxwell方程的大气击穿理论,利用由实验数据拟合出来大气粒子的碰撞和大气电离参数,研究了高能量高斯波束的非线性传输,数值计算了在给定高斯波束参数时,在不同的压强下,波束以不同的电场强度、频率、脉冲宽度入射下的大气折射率.通过分析折射率的时间色散、空间色散以及时间空间色散,讨论了传输HPM脉冲的高斯波束的大气击穿问题,获得了一些有意义的结果.      

星载聚束式SAR天线波束指向控制分析

建立了波束控制条件下的星载聚束式SAR的天线指向及成像数学模型,证实天线波束指向被控造成回波信号的幅度调制,引起成对回波,从而影响成像质量.此外,分析了波束指向控制比率与测绘带方位宽度、图像动态范围的制约关系,提出设计星载聚束式 SAR天线波束指向控制比率的基本原则.最后,通过计算机仿真,验证了理论分析的正确性.      

MW 级太空发电站微波能量波束指向控制精度分析

MW 级太空发电站是太空发电站事业发展规划的重要步骤,其微波能量传输系统的波束指向控制精度影响着波束收集效率。本文面向百米级能量发射天线,提出合理的微波能量波束指向控制精度要求。针对能量波束的渐变特性,以微波能量收发口径、传输距离和工作频率为约束,以系统对波束收集效率下降的容限为考察目标,建立了微波能量传输系统的波束指向控制精度分析模型,并提出了分析方法。应用提出的方法进行了数值仿真分析,根据仿真结果指出MW 级太空发电站微波能量传输系统的波束指向控制精度应为0.0023°,此时因微波能量波束指向偏离导致的波束收集效率下降不超过1%。这一指标可作为MW 级太空发电站微波能量传输系统重要设计参考。     

An optimal beam alignment method for large-scale distributed space surveillance radar system

Large-scale distributed space surveillance radar is a very important ground-based equipment to maintain a complete catalogue for Low Earth Orbit (LEO) space debris. However, due to the thousands of kilometers distance between each sites of the distributed radar system, how to optimally implement the Transmitting/Receiving (T/R) beams alignment in a great space using the narrow beam, which proposed a special and considerable technical challenge in the space surveillance area. According to the common coordinate transformation model and the radar beam space model, we presented a two dimensional projection algorithm for T/R beam using the direction angles, which could visually describe and assess the beam alignment performance. Subsequently, the optimal mathematical models for the orientation angle of the antenna array, the site location and the T/R beam coverage are constructed, and also the beam alignment parameters are precisely solved. At last, we conducted the optimal beam alignment experiments base on the site parameters of Air Force Space Surveillance System (AFSSS). The simulation results demonstrate the correctness and effectiveness of our novel method, which can significantly stimulate the construction for the LEO space debris surveillance equipment.     

压电类智能梁元的优化布局

分别对具有无限小长度驱动器的悬臂和简支智能梁的一阶模态和二阶模态进行了具体的分析和计算,确定了驱动器在梁元中的最优布局,总结了有关驱动器在梁元中布局的一些基本性质,并从解析的角度对驱动器的最优布局点给予解释.由于以上有关驱动器最优布局的分析是在忽略驱动器的长度的假设基础上进行的,所以又对有限长度的驱动器的布局问题进行了初步的探讨.     

基于同波束干涉测量的航天器姿态测量研究

基于地基同波束干涉测量,建立了航天器姿态测量数学模型及方程,给出了姿态解算方法,并对方程可解性与解算精度因子进行了分析。通过模拟在轨航天器轨道运行,进行了基于同波束干涉测量的航天器姿态解算数值仿真和误差分析,对解算误差和观测俯仰角的关系进行了分析和验证。结果表明,利用3个地面测站针对航天器上3个下行天线信号开展同波束干涉测量,辅以精度因子约束进行姿态解算,可以获得有效的航天器姿态信息,其精度最高可达0.001°。该方法可以作为在轨航天器姿态测量的备份手段。     

复合材料层合梁分层问题解析解法

根据叠加原理将含有分层的复合材料层合梁在横向载荷作用下的受力状态分解为对称与反对称受力状态,再将反对称受力状态分解为无分层梁受反对称横向载荷状态与含分层梁在分层表面承受附加剪切载荷状态.将分层问题归结为在附加剪切载荷状态中,层合梁附加位移与附加应力的分析,并据此建立了一个简单的力学模型.最后,根据工程梁理论得到了由分层引起的附加位移与应力的解析解答,并用能量释放率方法确定了应力强度因子.     

弹性欧拉梁大变形分析的椭圆积分统一形式

一端固支、一端受集中载荷的欧拉梁受载问题是一种基础的力学模型,具有重要的理论研究意义。针对传统的线性求解方法在大变形分析中不适用及无法计算中心定向受压杆在载荷系数超过临界值后屈曲变形的问题,提出一种非线性精确解来进行受集中载荷梁的大变形计算方法。通过椭圆积分形式来推导受集中载荷梁的变形表达,考虑在固支梁自由端加载任意角度下的定向载荷及随动载荷,给出形式统一的梁大变形方程,求解一定载荷因子系数及载荷方位角组合下的变形结果;同时利用此形式对定向受压杆的平衡分支解问题进行了分析。所提方法计算结果准确,可以应用于弹性欧拉梁受定向及随动载荷的大变形分析。      

空间运动体上梁的三维动力学建模和仿真

对附着在空间运动体上梁的动力学问题进行了研究,运用Lagrange方法建立了中心刚体作任意三维运动时,梁作横向振动和纵向振动的动力学方程,考虑了柔性梁的横向弯曲变形所带来的纵向位移,这种耦合变形使所得到的振动方程包含了动力刚化效应,这是与传统的梁振动模型的不同之处,最后通过仿真算例验证了该方法.