磁场作用下螺旋波与TG波耦合模式数值模拟研究

为了研究螺旋波放电的高电离效率,揭示螺旋波等离子体推力器射频功率向等离子体的沉积机制,对m=+1型螺旋波与TG波耦合模式随磁场的变化特征,以及对波磁场、电场、电流密度的影响规律进行了数值模拟研究。计算结果显示:B0≤500G的低磁场条件下,螺旋波与TG波构型相似,耦合较强,大部分射频功率由螺旋波耦合到TG波内,并经TG波的强阻尼作用,在天线下游0.2~0.4m距离内沉积到等离子体中;高磁场下,螺旋波向TG波的耦合效率降低,螺旋波将一部分射频能量输运到下游并持续向TG波耦合,由TG波的阻尼作用沉积到等离子体中,轴向的功率分布特征就表现为螺旋波的本征模式;随着外加磁场强度的增大,波磁场、电场的部分分量沿z轴的分布由幅值衰减状态变为准周期性波动状态,电流密度的变化特征与功率沉积密度较为相似。     

高功率螺旋波等离子体诊断试验研究

高功率螺旋波等离子体源作为可变比冲磁等离子体发动机(Variable Specific Impulse Mag-netoplasma Rocket,VASIMR)的第一级,其参数直接影响发动机的性能。为提高螺旋波源的等离子体密度和工质电离率,以4kW螺旋波等离子体源为研究对象,利用射频补偿Langmuir探针诊断等离子体的离子密度和电子温度。试验结果表明,在强磁场条件下,随着功率的升高,螺旋波等离子体源内部共出现两次放电模式转换,最终进入了螺旋波放电模式。在达到螺旋波放电模式后,羽流区域的等离子体密度超过1×10~(12)cm~(-3),初步评估,放电天线区域的离子密度超过2×10~(14)cm~(-3),离子密度在放电管中心区域较高,沿径向逐渐降低。研究结果为30kW磁等离子体发动机的研制提供依据。     

螺旋波等离子体推力器放电过程的流体模拟

针对建立三维数值模型对螺旋波等离子体推力器放电进行数值模拟计算量过大的问题,使用COMSOL多物理场软件建立了二维轴对称结构,采用漂移-扩散流体模拟方法,分别改变工质气体种类、气体压强及射频功率,模拟了螺旋波等离子体放电过程,分析了不同参数条件下放电室中电子数密度、电子温度、碰撞功率损耗分布情况,结果显示,在一定条件下气体压强越大,电子数密度越高,电子温度越低,碰撞功率损耗越大,在1600～2400 W范围内,随着射频功率增大,电子数密度和碰撞功率损耗增加,电子温度变化较小,电子数密度在10~(18 ) m~(-3)左右,为螺旋波等离子体推力器的设计与实验研究提供了参考。     

射频自体辉光放电辅助电子束沉积的放电特性与离子分布研究

为了克服电子束蒸镀技术的不足,提高蒸镀薄膜与基体的膜基结合力,通过增加射频线圈的方法,在电子束蒸镀沉积过程中实现了射频自体辉光放电。研究了放电参数对射频辉光放电反射功率的影响规律,结果表明采用3匝直径82mm的射频线圈条件下,最佳放电距离为100cm。电子束流在160mA以上时,起辉较容易,但是电子束流大于200mA后,蒸镀的膜层容易脱落。通过静电探针分析发现,放电产生的等离子体中离子密度高于1.0×1010atom/cm3,射频功率的增大提高了真空室中各个位置处的离子密度,尤其是线圈中心位置,导致了真空室中离子密度径向位置的不均匀性。当射频功率为170W时,各位置的离子密度急剧增加。     

激光推进辐射击穿温度特性的数值研究

在9种等离子体击穿温度下,数值模拟了二次反射式聚焦系统聚焦情况下激光推力器内流场的演化过程,得到了不同击穿温度对应的能量沉积率、推力峰值、冲量和冲量耦合系数,能量沉积率和推进性能参数在某个等离子体击穿温度值处发生突变。根据空气对激光的逆韧致吸收系数公式,计算了CO2激光辐照下不同等离子体击穿温度对应的空气辐射自由程,发现当等离子体击穿温度为14000K时,辐射自由程为1.4mm,与计算网格的典型尺寸相当,此时入射激光能量在一个网格内以一定效率被吸收,由此确定了基于逆韧致吸收的激光等离子体的击穿温度。     

基于PIC/MCC/DSMC方法霍尔推力器热分析

以提高霍尔推力器性能和使用寿命为目的对霍尔推力器进行了热分析。建立了等离子体在通道陶瓷壁面和阳极的能量沉积计算模型,并将模型耦合到PIC/MCC/DSMC流场计算程序中,计算加速通道壁面上的能量沉积分布。将计算得到的壁面能量沉积作为霍尔推力器温度计算的热流边界条件,考虑结构间的热传导与热辐射,计算温度分布。为了考察壁面的热流分布方式不同对温度场的影响,在总热流相同的情况下,将通道热流假定为线性分布与平均分布,计算霍尔推力器的温度分布。结果表明,壁面能量沉积占总功率的20.4%,陶瓷壁面能量沉积沿轴向位置先增大后减小,最大值在电离区。阳极的能量沉积,沿径向在中间位置达到最大,两端靠近壁面处较小。三种热流边界条件下的温度结果表明,三者最高温度都为700K左右,但高温位置不同,PIC热流边界条件下,最高温在电离区,而线性与平均热流边界条件下,高温区分别在出口区与近阳极区。通过与实验结果比较表明,PIC计算热流边界条件下高温区温度与测量者吻合更好,误差小于0.8%。     

离子推力器放电室阳极壁面电流密度分布特性研究

为了准确掌握离子推力器放电室阳极壁面电流密度分布特性,并深入理解阳极壁面处等离子体运动特性,设计了近阳极壁面等离子体诊断的具体实施方案,并基于LIPS-200离子推力器开展了近阳极壁面处等离子体诊断试验研究,得到了主要磁极附近壁面等离子体参数,并得到阳极壁面吸收电流密度分布特性。试验结果表明：LIPS-200离子推力器阳极壁面处主要磁极附近的等离子体密度范围为,测试点的电子温度范围为,壁面电流密度范围为;柱段壁面电子温度相对锥段较低,但电流密度较大,尤其在中间极靴位置电流密度最大,约为阴极极靴处电流密度的3倍,约为屏栅极靴处电流密度的2倍,阳极电流主要在放电室中间极靴处发生损失。     

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

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。     

磁等离子体发动机中离子回旋共振加热多组分流体模拟

离子回旋共振加热（Ion Cyclotron Resonance Heating,ICRH）单元的加热效果对磁等离子体发动机（Magnetoplasma Rocket Engine,MPRE）的推力性能有至关重要影响。为研究ICRH的加热效果,本文建立了用于模拟MPRE中ICRH单元的二维轴对称多组分流体模型,并采用该模型对MPRE中螺旋波等离子体源的工作模式与不同输入条件的ICRH单元进行了模拟。计算结果表明：螺旋波等离子体源在放电过程中要经历从Trivelpiece-Gould (TG)波模式向螺旋波模式的转变过程,模式转变时电子温度出现峰值,等离子体密度迅速上升;开启ICRH输入后,电子参数基本不变,离子温度有明显提升,表明ICRH单元对离子有显著加热效果;此外,离子温度随ICRH输入增大而升高,ICRH输入电流150A时,离子温度可达50eV以上。     

波箔型径向气体箔片轴承-转子系统升降速动态特性试验

为了研究以波箔型径向气体箔片轴承为支承的轴承-转子系统动力学特性,专门设计了波箔型径向气体箔片轴承试验台,质量为0.458kg的转子在该试验台上实现了超过80000r/min的运转速度.径向轴承为波箔型径向气体箔片轴承,止推轴承为多叶箔片轴承.试验结果表明:波箔型径向气体箔片轴承能够实现转子高速运行,在转子起飞后具有良好的运行稳定性,其轴承支承处振动位移幅值一直维持在20μm之内.由于驱动涡轮受到不平衡气流力的作用,转轴升速时的起飞转速要高于降速时的起飞转速.      

装备可靠性维修性保障性效能模型及其扩展

在装备效能分析中 ,装备的可靠性 (R)、维修性 (M )及保障性 (S)指标是影响装备效能的重要指标。通过对ADC模型分析的基础上 ,提出了装备的可靠性、维修性及保障性 (RMS)效能的概念 ,并从完成单阶段单任务拓展到多阶段多任务 ,推导出不可修装备RMS效能的综合表达式。从而为完成多阶段多任务的不可修装备的可靠性维修性保障性的效能的定量分析提供了理论依据。     

多频段多目标海上测控模拟器的设计与实现

介绍了多频段多目标海上测控模拟器的设计和实现方法。在硬件设计上,模拟器采用工控机和工作站架构,数字化可重组基带硬件平台技术,实现了不同频段、不同目标航天器的仿真功能。在软件设计上,采用RS422/232接口双中断驱动技术,实现了遥测和数传的同步;采用软件模块化和数据库融合设计技术,实现了多型号目标航天器的仿真需求。     

喷丸强化技术及其应用与发展

介绍了传统喷丸强化、超声喷丸强化、激光喷丸强化、高压水喷丸强化等表面强化技术,并对这些喷丸技术的基本原理、研究和应用现状及发展趋势进行了分析,提出了当前发展喷丸强化技术的对策及建议.     

Al-Mg-Sc 和Al-Mg-Er 合金的组织与性能

采用铸造—轧制—稳定化退火技术制备了Sc含量为0.10wt％和Er含量为0.25wt％的两种Al-Mg合金薄板,研究了不同处理工艺下两种合金板材拉伸性能、剥落腐蚀性能和显微组织的变化规律.结果表明,两种合金冷轧板材稳定化退火过程中拉伸性能有相同的变化规律,即随着退火温度升高,板材强度下降而塑性升高,Sc含量为0.10wt％的合金350℃/1 h退火仍然表现出很强的抗退火软化能力,而Er含量为0.25％的合金当退火温度高于280℃后迅速软化;300℃/1 h退火条件下,含Sc合金和含Er合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为424 MPa、314 MPa、18.3％和350 MPa、177 MPa、29.1％;与此同时,随退火温度的升高,板材抗剥落腐蚀的能力也表现出相同规律性的变化,即200℃/1 h左右退火时剥落腐蚀最严重,随着退火温度升高,腐蚀抗力增加,两种合金板材经280℃以上1h稳定化退火后,合金板材可以获得较好的抗剥落腐蚀性能;其次,与Sc含量为0.25wt％的5B70合金相比,研制的Sc含量为0.10wt％合金综合性能接近5B70合金,而这种合金的Sc含量只有5B70合金的40％,能显著降低合金的制造成本,预示着低Sc含量的合金在航天领域有良好的开发应用前景.     

流动比较法的设计与实现

光电测距仪（含全站仪）的加常数是仪器测量结果的改正项目,是仪器检定项目非常重要的一项。本文结合光电测距仪计量检定规程的要求,从加常数的测量原理、方法、不确定度分析等方面入手,提出了检测测距仪加常数的一种新方法——流动比较法,分析了流动比较法的设计与实现方法,分析了测量不确定度,通过与经典的六段法相比较,论证了流动比较法的可行性。     

Modeling and Simulating Flowing Plasmas and Related Phenomena

Simulation has become a valuable tool that compliments more traditional methods used to understand solar system plasmas and their interactions with planets, moons and comets. The three popular simulation approaches to studying these interactions are presented. Each approach provides valuable insight to these interactions. To date no one approach is capable of simulating the whole interaction region from the collisionless to the collisional regimes. All three approaches are therefore needed. Each approach has several implicit physical assumptions as well as several numerical assumptions depending on the scheme used. The magnetohydrodynamic (MHD), test-particle/Monte-Carlo and hybrid models used in simulating flowing plasmas are described. Special consideration is given to the implicit assumptions underlying each model. Some of the more common numerical methods used to implement each model, the implications of these numerical methods and the resulting limitations of each simulation approach are also discussed.     

精确制导技术及其现状与发展

本文介绍了几种常用的精确制导技术,分析了它们的现状,并展望了其发展趋势。