自由分子流微电热推力器(FMMR)流动模拟与喷嘴型面分析

FMMR是一种工作在自由分子流状态下的微电热推力器。考虑稀薄效应对FMMR喷嘴型面设计和分析的影响,采用直接蒙特卡罗(DSMC)方法模拟等截面、扩张型面、收缩-扩张型面3种不同喷嘴内的气体流动,分析了各种喷嘴型面对推力器性能的影响规律。结果表明,FMMR采用扩张喷嘴相对于等截面喷嘴,有较大的性能提升,推力最大可增加38%,比冲最大可增加23%;采用收缩-扩张喷嘴较扩张喷嘴能进一步使推力增加21%,但对比冲无明显改善。     

驱动卫星捕获碎片的电子回旋共振离子推力器系统优化

近年来空间碎片数量急剧增加,已经对空间飞行器造成了严重的威胁。为此提出在碎片密集区域轨道(700km～1000km高度)的碎片处理方案,即利用微小卫星在电子回旋共振(ECR)离子微推进连续切向力作用下,不断进行轨道提升并进行碎片收集。基于此,进一步对电推进系统方案进行优化设计计算,在设计寿命1年的条件下,以推进系统质量最低作为优化目标,以加速电压和工质流量为变量,对电推进系统方案进行优化。最终得到的优化结果为工质流量0.25sccm (0.0244mg/s)、加速电压2488V时,推进系统总体最优,总质量7.288kg,推力器比冲2216s,推力535μN。     

电子回旋共振离子推力器放电室低信号调试

微波输入技术是电子回旋共振离子推力器的关键技术之一,输入微波在推力器放电室内产生谐振的时候,微波功率才能高效地被吸收,从而电离气体,提高电子的能量,增加等离子体的电离度。电子回旋共振离子推力器放电室是一个不规则的微波谐振腔,很难从理论上确定其谐振状态下的结构。本文利用网络分析仪,采用微波无源器件回波损耗的测试方法对放电室进行精确调谐,分析微波谐振频率及带宽,目的在于详细研究放电室的结构尺寸、微波耦合探针形状和尺寸在谐振状态下的匹配性。调试结果表明放电室增加14 mm圆柱段,选择圆柱段长度22 mm和球形直径9 mm的组合探针,可以得到较好的谐振状态,此时腔体的回波损耗为-23 dB,谐振频率4.195 GHz,谐振带宽为0.025 0 GHz,品质因素为167.848。     

微波推力器独立系统的三丝扭摆推力测量

为了探究微波推力器的推力性能,采用三丝扭摆推力测量方法对微波推力器独立系统开展推力测量实验,同时分析三丝扭摆推力测量装置的数理模型并实验测定其不确定度,由此判断实验测量结果的可信度。推力测量结果表明,现有实验条件下三丝扭摆推力测量装置能测出不低于3mN的推力,其相对不确定度为14%;在三丝扭摆推力测量装置的推力测量范围内,没有测出微波推力器独立系统显著的推力,而是在230W微波功率输出条件下测出推力在±0.7mN范围内波动,相对不确定度大于80%。     

基于量子理论的无工质微波推进性能计算分析

无工质微波推进是一种新概念推进装置,具有推力大、结构简单、性能可靠的优点, 可广泛应用于空间飞行器。为了给以后的设计研究奠定基础,本文基于量子理论,对无工质 微波推力器腔体内的微波电磁场进行量子化处理,推导出推力的理论计算公式,使用有限元 分析软件计算出不同模态的腔体固有品质因子Q值,计算出不同模态下的推力值。计算 结果表明TE 012 模态下的Q值最高达79523,推力修正值最高可达0.315N,是 推力器模态的最佳选择。
     

ECR中和器改进试验研究

目前国内电子回旋共振(ECR)中和器的研究存在电子束流不能连续引出的问题,为此通过改进中和器天线结构及优化电子引出孔径来改善中和器的性能。试验结果表明：中和器结构改进及优化后其电子束流可以随着接触电压的升高而连续变化,同时提高了中和器的推进剂利用效率、降低了电子产生损耗。推进剂利用效率和电子产生损耗在中和器结构改进前后分别为1.278 9和194.573 W/A,1.659 8和126.3 W/A。试验还通过静电探针诊断出中和器耦合天线附近等离子体密度分布在1.72×10¹⁷~12.1×10¹⁷ m^-3范围内。     

10 cm ECR中和器性能优化实验研究

针对电子回旋共振(ECR)中和器性能无法满足实际应用需求的问题，开展了10 cm ECR中和器的性能优化实验研究，在分析现有ECR中和器内部结构的基础上，提出新的结构改进方案。通过改进ECR中和器的电子束流引出对比实验，得到了中和器结构对束流引出性能的影响规律。优化后的ECR中和器性能实验表明：相同条件下ECR中和器束流引出大小与气体流量大小不成正相关，但随着微波功率的增加而增加。性能实验得到的中和器最佳工作和性能参数为：微波功率为10 W、氙气流量为0.5 sccm，收集板间距为5 mm时，在50 V引出电压条件下能够引出127 mA的电子束流。     

电推进研究的技术状态和发展前景

论述了各类电推进器的工作原理、研究状况,在分析其主要工作特点的基础上,并根据国外成功应用的实例,说明了各类电推进器的适用场合。并就电推进器的研究与应用发展前景进行了展望。     

电子回旋共振推力器C/C复合材料栅极的力学性能

为了研究电子回旋共振推力器在搭载火箭升空过程中,过载和振动环境对栅极带来的影响,采用有限元分析软件建立了10 cm C/C复合材料栅极的有限元分析模型,计算分析了不同C/C复合材料栅极的力学性能、频率响应和振动模态。结果表明:20g过载下,栅极的最大变形量为6.12×10-4mm;在5~800 Hz激振下,栅极频率响应的最大位移为2.3×10-6mm;过载对栅极的影响要大于振动对它的影响,但是这两个值都在安全门限内;综合分析栅极频响和模态分析的计算结果,栅极仅在其第一阶模态处于外界激振发生共振。     

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。