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脉冲感应式电推进中平面型线圈激励等离子体的流动特征分析
引用本文:成玉国,夏广庆.脉冲感应式电推进中平面型线圈激励等离子体的流动特征分析[J].推进技术,2019,40(10):2373-2382.
作者姓名:成玉国  夏广庆
作者单位:1.中国人民解放军91550部队41分队;2.大连理工大学 工业装备结构分析国家重点实验室;3.大连理工大学 辽宁省空天飞行器前沿技术重点实验室,辽宁 大连;116024
基金项目:国家自然科学基金 11675040 11702319国家自然科学基金(11675040;11702319)。
摘    要:感应等离子体推力器是一种具有较好应用前景的空间推进方式,受到复杂瞬态电磁场的影响,流场中热力学和动力学参数的时变特性难以实验测量。采用单流体磁流体力学理论,结合高温气体的热力学和输运模型,数值计算初始静止且无预电离的情况下,等离子体参数的二维分布,着重分析等离子体在前半周期内的流动特征。对内径ri为0.05m,外径ro为0.15m的线圈计算表明,其等离子体-线圈耦合距离约为0.032m,以Ar为工质情况下,有效冲量产生时,高价离子(Ar3+,Ar4+)与低价离子(Ar+,Ar2+)由于受电磁力影响不同,产生了局部分离电场,推动了电流片运动,且在电流片内部,前缘主要为低价离子,后缘主要为高价离子。单脉冲能量210.7J、峰值径向磁感应强度为0.5T、有效作用时间约12μs条件下,5μs时刻的Ar2+,Ar3+的最大数密度大于6×1021m-3,且大于Ar+,Ar4+的数密度。电流片运动大于耦合距离后,受径向运动以及激励电流反转的影响,线圈表面等离子体磁场非线性特征显著,而前缘磁场维持规则分布。对外径为0.15m,0.3m和0.5m的线圈计算发现,ro为0.5m时,电流片径向均匀长度达到0.3m,表明较大线圈尺寸除增加耦合距离外,可提高径向电流密度的均匀性。

关 键 词:感应等离子体  高温热力学  电流片  流动特征  数值计算
收稿时间:2018/11/8 0:00:00
修稿时间:2019/5/26 0:00:00

Analysis of Plasma Flow Characteristics under Excitation of Planar Coil in Pulsed Inductive Electric Propulsion
CHENG Yu-guo,XIA Guang-qing.Analysis of Plasma Flow Characteristics under Excitation of Planar Coil in Pulsed Inductive Electric Propulsion[J].Journal of Propulsion Technology,2019,40(10):2373-2382.
Authors:CHENG Yu-guo  XIA Guang-qing
Institution:1.PLA 91550 Element 41,Dalian 116023,China;2.State Key Laboratory of Structural Analysis for Industrial Equipment,Dalian University of Technology,Dalian 116024,China;3.Key Laboratory of Advanced Technology for Aerospace Vehicles,Liaoning Province,Dalian University of Technology, Dalian 116024,China
Abstract:
Keywords:Inductive plasma  High temperature thermodynamics  Current sheet  Flow characteristics  Numerical calculation
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