展成式电化学加工

介绍了展成式电化学加工新工艺，包括内喷式阴极加工的流场特点、阴极设计及外喷式阴极的加工精度、表面质量和成形规律．     

同轴微阴极电弧推力器的粒子网格法数值模拟

采用粒子网格方法对同轴微阴极电弧推力器μCAT工作过程进行了模拟研究, 并应用自相似方法对模型进行简化,获得了推力器羽流区的电子数密度分布、离子数密度分布、电势分布及离子轴向平均速度,通过改变磁感应强度和位形分析磁场对推力器内等离子体运动特性及推力器性能的影响。计算结果表明,电子被外加磁场捕获约束在磁力线附近,低速离子与高速电子形成的双极扩散电场加速离子喷出;在相同流量情况下,磁感应强度002T时,离子返流严重,磁感应强度005~030T时,磁感应强度变化对速度影响较小;磁场位形对离子运动和推力器性能有较大影响,磁力线与轴线夹角较小时离子速度下降明显,夹角较大时离子返流严重。     

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。     

8cm汞离子推进器样机用小孔空心阴极设计

对小孔空心阴极内部放电物理过程作了描述。根据8cm 汞离子推进器与阴极相关的设计参数,计算了阴极内部压强、粒子密度、初始电子能量平均交换自由程等参量,因而设计出阴极发射体、阴极顶小孔等主要尺寸。复核了阴极发射电流。对阴极热平衡、加热器工作参量作了计算,并与实验结果进行了比较。根据阴极在推进器中工作方式,对阴极结构设计进行了描述,包括材料选择和等离子体喷涂工艺制造。给出了长期阴极热模拟实验结果。     

空心阴极羽流形态与热特性的变化机理

空心阴极的放电模式主要有点状和羽状两种，为研究两种模式的转变机理，采用PIC/PCD（单元粒子/等离子体化学动力学）混合算法对阴极内部等离子体流场进行计算，以辐射传递系数处理阴极内部的热辐射计算，并且在通过流场与热场的多次迭代计算后达到收敛。为验证数值模型的计算精度，考察阴极表面5个测点的计算结果与试验数据对比，计算误差在5%以下，并且以羽流光色计算图与试验照片作对比，定性验证模型对放电模式的模拟精度。在此基础上，对不同气体流量下、不同阴极顶孔径的阴极内部各类等离子体参数分布进行计算，通过分析阳极电压、羽流形态变化的内在原因，获得点-羽放电模式的转变机理，可为阴极优化提供理论支撑。     

交叉孔相贯处电解修形试验

为提高发动机燃油效率，延长燃油喷射体的使用周期、降低维护成本，利用电解加工技术和相贯结构的阴极开展燃油喷射体内交叉孔相贯处的去毛刺和过渡圆弧修形试验研究，实现电解去除交叉孔相贯处的毛刺，且达到修形后相贯处过渡圆弧半径R=(2.0±0.2) mm的目的。建立交叉孔相贯处电解修形过程的数学模型，基于COMSOL软件进行不同加工时间和电压下电解修形过程的数值求解，开展交叉孔相贯处电解修形过程的工艺试验，对比分析相同工艺参数下数值求解与修形试验得到的过渡圆弧半径，验证修形过程数学模型的准确性，得到相贯处过渡圆弧半径随加工时间和电压的变化规律。结果表明，加工时间t=360 s、加工电压U=12 V时和加工时间t=420 s、加工电压U=10 V时，数值求解与修形试验得到的过渡圆弧半径较好地满足了过渡圆弧半径R=(2.0±0.2) mm的要求，且修形后的交叉孔相贯处的过渡圆弧轮廓明显。     

气体压力对铝基体上氮化铝薄膜残余应力的影响

利用阴极溅射方法在铝合金表面沉积氮化铝薄膜，利用Ｘ射线研究了沉积过程中气体压力的变化对氮化铝薄膜结晶的择优取向及薄膜内应力的影响。结果表明：在较低压力沉积的氮化铝薄膜有良好的择优取向性；氮化铝薄膜残余应力为压应力，且随气体压力增加而逐渐变化。