电负性气体等离子体推力器研究进展

目前广泛应用的电推力器中,大多采用加速单一正离子的方式来获得推力和相应比冲。该加速方式需要增设中和器,对喷射出的正离子进行中和以保持羽流电中性,否则将导致航天器自充电,对其通信和电子器件造成损害,并减弱加速场。为了简化系统结构,延长推力器寿命,提出了一种能够交替加速正、负离子来获得推力的电负性气体等离子体推力器。分析了该推力器的工作原理和加速过程,指明了包括电负性气体种类选取、电子过滤装置设计要求、如何施加周期性栅极偏置电压加速正、负离子以及合理诊断离子数密度等关键技术,为后续研究工作提供了参考。     

离子发动机羽流二维轴对称数值模型与验证

为了解离子发动机羽流特别是交换电荷离子(CEX,Charge-Exchange)的分布和流动特性,建立了离子发动机羽流的物理模型,采用粒子网格(PCI,Particle in Cell)方法对2种型号的离子发动机羽流场进行数值模拟计算,与其地面实验数据进行对比分析.结果表明:在CEX离子密度大小及分布、电势的大小及最大电势梯度的位置、CEX离子流动角方面,模拟结果同实验结果符合得相当好.在电势结构方面,由于舱壁电势的影响,模拟结果同实验结果相比有一些差别.羽流模型和计算结果为相关羽流实验和数值模拟研究提供参考.      

离子发动机栅极系统中束流离子的三维模拟

应用网格质点法,对离子发动机栅极系统进行了三维数值模拟.模拟得到了离子发动机栅极系统中的电场分布、离子运动轨迹、离子在计算域内的空间分布和相空间分布等.计算结果表明,屏栅的离子透明度为69.3%,大于其物理透明度67.1%,加速栅的离子透明度为100%,远大于其物理透明度31.1%,说明所选模拟工况参数合理.模拟结果可以为离子发动机栅极的初步设计提供理论参考.      

基于多米诺效应的锂离子电池热释放速率分析方法

常用实验手段测得单节锂离子电池热释放速率无法真实反映航空运输包装件内大量锂离子电池因发生多米诺效应导致热量散失及传递过程间歇性变化。本文提出一种基于多米诺效应的锂离子电池热释放速率等效分析方法,即通过自主设计的实验平台对3×3排布的典型18650型锂离子电池热失控后发生的多米诺效应及各节电池表面温度进行分析。利用FLUENT使用标准18650型锂离子电池热释放速率曲线用于同等实验条件下的锂离子电池热失控传播仿真模拟,采用二分法逐次修正标准热释放速率、使仿真和实验的锂离子电池表面温度相符。将获得等效的锂离子电池热释放速率曲线再次应用于仿真,得到各电池的最高温度及达到最高温度的时间和实验数据相吻合,验证了修正后的等效热释放速率模型可靠性。该方法可适用于各型号及不同数量包装件内锂离子电池热释放速率获取,指导航空运输锂离子电池火灾防控工程实际。     

空间站对日定向装置半物理试验台关键技术

为有效模拟空间站对日定向装置驱动性能受柔性太阳翼的扰动,验证对日定向装置驱动控制性能,采用半物理试验技术对对日定向装置进行地面试验考核。设计超高刚度及运动误差无附加力自适应的半物理试验台,对支撑连接机构和加载单元进行有限元分析与刚度测试;建立大尺度柔性太阳翼的动力学模型,并采用Wilson θ法进行动力学模型的实时数值求解;运用跟踪微分法对对日定向装置低速运行下的角速度和角加速度进行估计;最后通过对半物理试验台的响应精度、加载有效性进行仿真和试验考核,结果表明试验台加载力矩幅值为 0~ 85 Nm、频率为0.01~3 Hz时,绝对精度优于0.85 Nm,相对精度优于1%,从而验证了半物理试验台对太阳翼扰动载荷模拟的真实有效性,可实现对日定向装置的性能测试。     

聚合物固态电解质在锂硫电池中的应用

采用微观和宏观包覆两种方式制备聚合物固态电解质包覆的硫@碳纤维复合固态电极,利用扫描电镜、元素分析和电化学测试表征电极的微观形貌,研究相应锂硫电池的电池性能。结果表明:微观的聚合物固态电解质包覆活性材料的电极结构有利于离子传输;电极表面宏观构建一层聚合物固态电解质薄膜有助于改善电极的循环稳定性,抑制穿梭效应;利用膜电极结构组装的全固态锂硫电池具有良好的循环性能,循环270次后库仑效率仍保持98%以上。     

氮掺杂多孔碳纤维改性锂硫电池正极材料

锂硫电池具有高比能量密度,在航空航天、无人机等电源系统应用方面受到了广泛关注。但是其本身也存在一些问题,如电池正极材料反应前后体积膨胀、导电性差和容量衰减迅速等,这些均限制了其应用推广。本文通过引入氮掺杂多孔碳纤维作为硫正极材料载体来改善其性能。一方面,碳纤维能提供大的反应比表面积和相互交织的导电网络,有效促进了活性材料之间的电化学反应;另一方面,氮原子掺杂和表面孔的存在,增强了对反应中间产物多硫化锂的吸附性,使得电极循环稳定性得到提高。研究结果表明:改性后含硫正极在167.5 mA·g~(-1)电流密度下,初始放电比容量达到1 078.3 mAh·g~(-1),经过100周充放电循环后,容量可保持在525.4 mAh·g~(-1),平均每周容量衰减率为0.5%;当电流密度增大到1 675 mA·g~(-1)时,放电比容量仍可以达到502.3 mAh·g~(-1),表现了良好的循环稳定性和倍率性能。     

平抑风电场功率波动的复合储能系统控制策略

随着风力发电所占发电比例的上升,其随机性、波动性及间歇性对电网的影响不可忽视。基于超级电容和蓄电池组成的复合储能系统,提出了一种用于抑制风电功率波动的自适应复合储能控制策略,通过引入超级电容荷电状态反馈来实施对低通/高通滤波器时间常数的控制,在完成对风电波动功率平抑的同时,合理分配平抑功率,避免超级电容过充过放。最后通过仿真,针对春夏秋冬不同时间窗口下的功率波动进行平抑,验证了所提自适应控制策略的有效性。     

航天器蓄电池放电发热量测试方法系统误差分析

蓄电池发热量是航天器蓄电池热控设计的重要参数,其测试准确度直接影响热控设计状态和在轨工作温度。文章采用真空绝热量热法对蓄电池发热量测试系统进行了漏热分析,并给出了修正方法;以模拟蓄电池为研究对象,分析了蓄电池发热量测试误差,并提出了改善系统测量准确度的解决方案。结果表明,当放电时间大于1 h,航天器蓄电池发热功率在2~25 W范围内时,测试误差不超过6%,且发热功率越大误差越小;当发热功率大于10 W时,测试误差不超过3%,可以满足工程要求;对于发热功率较小(绝对值小于0.5 W)的小电流放电或充电,测试误差较大,但绝对值仍然较小,对实际工程影响不大。     

Simulations of pickup-ion acceleration at quasi-perpendicular shocks

We present results from hybrid simulations (kinetic ion/fluid electron) of the interaction of interstellar pickup ions with collisionless shocks. Since cross-field transport is unphysically suppressed in the one-dimensional geometry used here, an ad hoc scattering algorithm is used to model this effect. This is a necessary step to accelerate the pickup ions from their initial low energies at quasi-perpendicular shocks to the high energies which are often observed associated with traveling interplanetary shocks by Ulysses.