微波等离子推力器同轴谐振腔内的电磁场特性

为了研究同轴谐振腔内导体的头部形状、位置对腔内电磁场分布的影响规律,用时域有限差分法(FDID)对微波等离子推力器(MPT)TEM谐振模式的同轴谐振腔中的电磁场进行了数值模拟,并结合实验现象对数值模拟的结果进行了分析讨论。结果表明,内导体头部形状的改变,改变了同轴腔内电磁场的分布规律和电场强度最大集中区域的位置。内导体位置的改变,只改变电磁场强度的大小,且内导体愈接近同轴腔的底面(即：放电间隙δ愈小),腔内电场强度愈强。同时,锥形头部的内导体,更有利于MPT的启动和稳定工作,为采用同轴谐振腔的MPT工程样机的研制提供了依据。     

微波等离子推力器谐振腔的低信号调试

微波等离子推力器（MPT）谐振腔只有在谐振状态下,微波能量才能被高效地用于加热工质产生推力。利用标量网络分析仪,采用微波无源器件回波损耗的测试方法对MPT谐振腔进行了精确地调谐,分析微波能量的吸收效率及谐振频率带宽,研究腔体的尺寸,微波耦合探针位置以及腔内的隔板材料等在同一谐振频率条件下的匹配性。调试结果可为腔体设计与提高系统效率提供参考。     

同轴型微波等离子推力器磁场效应

在2.45 GHz同轴型微波等离子体推力器中加入磁场可以提高推力器的性能。这是由于磁场的存在,在推力器启动阶段会形成电子回旋共振区;稳定工作时,等离子体获得的焦尔热比没有磁场时高,这些都增加了等离子体吸收的微波能量。以氩气为工质,对外加磁场微波等离子推力器进行了实验研究,结果表明,推力器可以达到较高的耦合效率。对等离子体羽流的诊断则表明,外加磁场提高了推力器谐振腔内工质气体的电离度。     

同轴形微波等离子推力器数值计算

介绍了100W功率同轴形微波等离子推力器(MPT)的系统结构、谐振模式,采用耦合求解Maxwell方程、Saha方程和Navier-Stokes方程的方法,对100W同轴形MPT振腔内的电磁场、等离子体与流场间的耦合问题进行了数值计算并预估了原理实验样机的性能。计算结果表明,100W同轴形MPT结构系统的原理可行,性能较好,有较好的发展前景。      

小型微波等离子推力器研究

 介绍约100W 功率微波等离子推力器的系统结构, 谐振模式, 电磁场分布, 电磁场、等离子体和流场的耦合, 喷管中的等离子体复合流动, 真空羽流, 原理实验样机性能及应用前景。     

微波等离子推力器真空实验研究

微波等离子推力器(MPT)具有寿命长、效率高和比冲高的特点,具有广泛的应用前景。通过对MPT真空实验系统,以及中(-lkW)、低(-l00W)功率MPT结构的介绍,重点论述了MPT在真空环境下的启动和稳定工作特性,并对实验结果进行了分析和讨论,给出了MPT初步性能参数。实验结果表明,在30W-lkW功率范围内,MPT真空环境下启动可靠,工作稳定;氦气(He)的比冲远高于氩气(Ar)的比冲。     

微波等离子推力器喷管流动数值模拟

为了准确把握微波等离子推力器喷管流动的机理与特点,采用冻结流和非平衡流两种模型对其进行了对比数值模拟分析。非平衡流模型考虑了流动过程中的分解反应、电离反应和复合反应,化学动力学模型为4组分、4反应的有限速率化学反应模型,采用二阶精度NND格式数值求解耦合化学反应源项的N S方程组。数值模拟的结果揭示了喷管内的流场结构,反映了喷管内的离解电离状况,得到了推力器的推力和比冲。分析表明,数值方法有效,计算结果合理,具有工程应用价值,能为相关研究提供参考。     

微波等离子推进器性能预示的工程算法

对微波等离子推进器提出一种快速性能预估的工程算法。假设谐振腔内的工质参数均匀、气体与微波之间的能量耦合良好、喷管内流动为一维管流,利用等离子体的等温模型可以快速地对微波等离子推进器性能进行估算。采用可变节点划分方法处理喷管流场,避免了喉部奇点。计算给出一系列不同输入微波功率、工质流量及放电管内压强条件下合理的发动机性能参数。     

圆柱谐振腔微波等离子推力器的理论计算

采用耦合求解Maxwell方程、Navier Stokes方程和Saha方程的方法,完成了圆柱谐振腔微波等离子推力器(MPT)的理论计算研究。研究结果表明,MPT稳态高效工作的前提是耦合进入谐振腔内的微波功率与工质气体流量(或腔内压强)应合理匹配,并通过1kWMPT的地面与真空实验,初步验证了理论研究结果。理论与实验研究表明,圆柱形MPT原理可行,研制出的样机实验系统启动可靠、工作稳定。     

微波等离子推力器真空环境工作的微波源研制

为解决微波等离子推力器全系统在真空中进行实验,减少不必要的能量损失,利用开关电源、衰减器和检波器一体化设计技术和液体冷却技术,通过解决微波电子器件在真空中的放电问题,研制出可在大气与真空环境中工作的体积小和质量轻的微波等离子推力器微波源,其输出和反射微波功率可根据磁控管的阳极电流和检波器的输出电压进行测量。对微波源进行调试的结果说明:微波输出功率稳定,和现有同类设备相比,性能得到大幅度提高。配合推力器腔体,在地面和真空下对微波源进行的实验说明,微波源能可靠地工作在地面和真空环境中。     

谐振腔隔板对微波等离子推力器特性的影响

为了探索微波等离子推力器谐振腔内电介质隔板对腔内电磁场及谐振频率的影响规律,用时域有限差分法（FDTD）和离散Fourier变换（DFT）法,对内有隔板,谐振模式为TM011模的谐振腔电磁场及谐振频率进行了数值分析,计算结果表明,隔板的存在不但使腔内轴向电场强度减小,而且使腔的谐振频率向低频方向偏移,隔板厚度愈厚,引起的轴向电场强度的减小和频偏愈大,这些结论为谐振腔隔板的设计,选材,以及谐振腔的设计和调谐提供了理论依据。     

微波与等离子体之间的相互作用

根据微波和等离子的基本理论以及它们之间相互作用的原理,建立了由微波能、谐振腔内电场、工质流场、等离子体平衡场等组成的轴对称偏微分方程组。通过对模型的计算,获得了放电管内等离子体区的形状、电场、电子浓度和温度场,以及气体温度场。     

微波等离子推进器(MPT)的应用探索研究

重点分析讨论了微波等离子推进器（ＭＰＴ）的基本原理、结构特征和应用前景,并通过对已有理论与实验研究结果的分析,认为ＭＰＴ是一种高比冲、长寿命的小推力动力装置,特别适合用作空间动力,进行航天器的轨道转移、姿态控制、位置保持、对接交会和星际航行。尽管ＭＰＴ目前仍处于理论探索与实验研究阶段,但研究结果表明,它是前景十分诱人的新型空间动力系统。     

热平衡等离子体的二维复合流动数值计算

采用中性气体流动欧拉方程的近似因子分解法,耦合等离子体的热平衡模型方程,对用微波产生的等离子体在喷管内二维轴对称复合流动进行了数值计算。计算结果表明：微波等离子体电子数密度不超出临界值,1kW以下功率微波产生的是弱电离等离子体;气流的马赫数分布不受微波加热功率、喷管入口压强的影响,喷管内等离子体中电子数密度随微波功率的加大而增加,随入口压强的增加而减小。     

MPT可靠启动与稳定工作影响因素

1引言MPT属于电热型电推进,基本原理是利用微波发生器将来自电源系统的电能转化为电磁能,然后电磁波在谐振腔中产生谐振并与工质(可选用N2,H2,He,Ar,NH3,N2O或水蒸气等)耦合,使工质离解、电离,形成等离子体,最后高温高压等离子体从喷管高速喷出而产生推力。MPT的最大优点是没有     

稳态等离子体推力器低功率工作模式实验研究

稳态等离子体动力器（SPT）是技术性能和空间适应性良好的电推力器,是小卫星空间动力的理想选择。从实验的角度研究了额定功率为660W的SPT在低于其额定功率下运行,推力器的放电特性、推车特性、推力效率、比冲等性能随推力器工作参数的变化。实验结果表明：660W的SPT推力器在低于其额定功率下工作,具有稳定的放电特性和确定的推力性能,可以将较大尺寸的SPT推力器在低功率模式下运行来替代小尺寸SPT推力器的作用。     

纵弯椭圆振动辅助钻削装置的设计与优化研究

相比于其他振动形式,纵弯椭圆振动辅助钻削加工在减小深腔孔加工中的切削力和切削热以及减小刀具与孔壁之间的摩擦方面具有明显优势。目前在纵弯椭圆振动辅助钻削装置设计中,钻削刀具等附属部件的安装,使得纵弯椭圆振动辅助钻削装置的实际频率与设计频率存在较大差异,同时纵振和弯振无法获得同频共振模态,为此,对纵弯椭圆振动辅助钻削装置的设计与优化方法进行研究。首先根据椭圆轨迹输出要求对纵弯装置进行总体结构设计,用解析法设计超声换能器和变幅杆,建立纵弯椭圆振动辅助钻削装置初始三维模型,并基于建立的三维模型进行纵弯椭圆振动的运动学建模;其次基于纵弯谐振频率逼近目标频率的原则,用等质量法和简化法减小刀具和ER夹头螺母对谐振频率的影响,并用有限元分析软件ANSYS Workbench通过控制变量法对纵弯椭圆振动钻削装置进行优化;最后根据有限元优化结果确定结构尺寸,进行动力学特性分析,验证了提出的纵弯椭圆振动辅助钻削装置的设计与优化方法。研究表明,本方法可降低刀具等附属部件对频率的影响,实现纵弯椭圆振动辅助钻削装置的同频共振。