30cm离子推力器空心阴极发射体区等离子体特性研究

为了获得30cm口径离子推力器20A额定发射电流空心阴极的稳态工作性能参数并验证现有发射体结构设计的合理性,采用数值模拟及有限元分析方法研究了空心阴极发射体区的等离子体特性参数。结果显示:空心阴极发射体区的压强基本在115~150Pa内,并且中间区域的Xe气压强较高;当阴极发射体温度为1570℃时,根据一维热传导方程得到发射体热损为10.26W;发射电流为15A时,电子温度在1.5~1.7e V内,且沿轴线方向靠近阴极顶小孔的电子温度较高,而将15A发射电流作为空心阴极的工作点是较为合适的选择;数值计算得到发射体区平均电子电流密度约为1.3×105A/m2,发射体内表面面积预估为1.5cm~2,内径建议在?2~2.5mm内,采用该尺寸发射体的空心阴极通过电流发射能力试验证明其最大发射电流在19~20A内,现有发射体尺寸设计满足20A发射电流需求;发射体区中间区域离子电流密度峰值约为8.5×10~5A/m~2,应重点关注发射体中间区域的厚度设计以及离子溅射腐蚀速率。     

民机纵向静稳定性试飞方法研究

目前国内民用运输机执行纵向静稳定性试飞时主要采用稳态法,而此方法存在试验时因飞行高度变化过大过快而难以采集足够试飞数据的缺点。针对FAA 咨询通告AC25-7C 中提出的两种关于纵向静稳定性的试飞方法进行对比分析,从而考察平飞加减速法的可执行性,分析传统的稳态法和新的平飞加减速法的优缺点和实际飞行试验时的可行性,得出初步结论为平飞加减速法有其独特的优点,主要适用于能平飞配平的试验点,而对于飞机发动机设置于最大推力和慢车推力试验点的适用性,还需通过试验进一步考察确定。     

30cm离子推力器三栅极组件设计参数对寿命的影响研究

为了研究30cm离子推力器三栅极组件设计参数对预估寿命的影响,在完成失效模式分析的基础上,通过PIC-MCC方法对离子推力器三栅极组件的离子溅射速率进行了计算,建立起栅孔二维寿命预估模型,并针对栅极设计参数对预估寿命的影响进行研究。结果显示:导致三栅极组件的主要失效模式为5kW高功率模式下的离子直接轰击所造成的栅极早期结构失效,且减速栅的过快离子溅射腐蚀成为影响三栅极组件寿命的关键,而不同工作模式不会产生新的失效方式,仅影响栅极的离子溅射速率以及寿命;在现有三栅极设计参数条件下,当推力器工作时,栅极引出的离子束流处于明显欠聚焦状态,且加速栅寿命预估值约为9062h,而减速栅约为2642h;通过PIC-MCC方法得到的栅极三个关键设计参数对寿命的影响模拟结果显示,降低加速栅电压对提升减速栅寿命的作用较小;缩小加速栅与减速栅冷态间距后,离子溅射速率会随着冷态间距的缩小逐渐降低,冷态间距由1mm缩小至0.6mm后,减速栅在5kW工况下的工作寿命可提升至10726h,且经试验验证该间距可满足推力器力学环境试验要求;缩小屏栅孔径对改变离子束流引出形状具有显著作用,单孔束流发散角度随着屏栅孔径的缩小出现了明显降低,且束流离子几乎不会再直接轰击至减速栅上游区域,当屏栅孔径由1.9mm缩小至1.6mm后,减速栅工作寿命可提升至9259h;分析结果对后续开展栅极组件的寿命优化设计提供了参考。     

陶瓷前驱体基防潮涂层制备及其性能表征

以全氢硅氮烷树脂为成膜物,以纳米Si O_2为填料,在石英织物表面制备出了防潮性能优良的陶瓷前驱体基防潮涂层。采用SEM、EDS、IR、DSC-TG等研究了防潮涂层在固化和高温加热过程中的结构变化,测试了其防潮性能。结果表明,在40℃、95%湿度环境下放置24 h,该防潮涂层可将石英织物的吸潮率从11.71%降到0.31%,且涂层主要组分与石英织物基材组分一致,因而其无线电波透过能力与石英织物基材相近。     

导电高分子电致变色智能热控器件

采用简单的旋涂、喷涂等方法,制备了一种由可溶性聚苯胺为主体电致变色智能热控器件.该器件的基底为聚酯,固体电解质为锂盐/聚丙烯腈.通过电切换调控,该器件发射率能够在0.46-0.75内调控,且红外光谱反射率变化大于38%.研究了厚度、预掺杂酸种类、浓度等对聚苯胺活性层发射特性的影响;考察了导电高分子聚苯胺层厚度、电切换电压等因素对涂层体系发射率调控的影响.结果表明发射率的调控范围与电化学还原的深度密切相关,通过调节材料厚度、掺杂酸种类等可有效提高发射率调控范围.该导电高分子电致变色智能热控涂层在航天器热控制方面展示了良好的应用前景.     

离子推力器栅极热变形的摄像测量方法

为了解决离子推力器栅极在真空、高温、等离子体环境中微小热变形量检测的技术难题,提出了一种基于摄像测量原理的离子推力器栅极热变形测量方法,设计了一套基于远距显微镜进行栅极热变形测量的系统。运用交互式分区标定方法获得多目标清晰边缘,借助陶瓷探针及圆形合作标志完成栅极亚像素级变形量检测、图像放大系数计算以及切向畸变校正、水平面校正。精度验证实验表明本方法静态检测精度9μm,栅极热变形实验测量结果与国外同类实验趋势一致,系统满足离子推力器栅极热变形测量的需求。     

磁路对30cm离子推力器性能影响研究

为了研究磁路结构对与新型GEO平台配套的30cm离子推力器(LIPS-300)性能的影响,采用PIC-MCC数值模拟方法对LIPS-300在其典型工作点下的放电损耗和束流平直度进行了研究,其中输入磁场采用有限元软件Maxwell计算得到,另外还利用Maxwell研究了磁体尺寸对侧壁磁环对产生的磁场等值线的影响。结果表明在LIPS-300的典型工作点下,4极场推力器比3极场推力器放电损耗高3%,分别是164W/A和160W/A,束流平直度高30%,分别为0.65和0.50。利用较厚较窄的磁环能够获得更大的无场区体积。因此,采用4极场将获得更好的推力器性能,采用较大厚度/宽度比的磁体有利于推力器束流平直度的改进。     

疏水涂层的制备及性能

涂层的疏水效果不仅取决于涂料自身表面自由能的大小,还与其表面粗糙度有密切的关系.通过向涂料中添加疏水助剂降低表面能,控制喷涂工艺提高涂层表面粗糙度,制备了巯水涂层.研究了疏水剂的种类、用量以及表面粗糙度对涂层疏水性能的影响.结果表明:当疏水剂的用量为5wt％,表面略微粗糙时,接触角达到139.,具有良好的疏水效果.     

不同环境温度对30cm离子推力器三栅极组件的离子刻蚀速率影响分析

为了对不同环境温度造成的30cm离子推力器三栅极组件离子刻蚀速率的影响进行分析,采用有限元仿真与试验验证相结合的方法,计算并试验验证了不同环境温度下的三栅极组件热平衡温度以及栅极间的相对位移变化,采用流体方法模拟了不同环境温度(20℃,-70℃,-120℃和-170℃)对三栅极组件的刻蚀影响,并结合短期寿命试验结果进行验证。结果显示:随着环境温度的降低,屏栅达到温度平衡的时间无变化,而加速栅温度平衡所需的时间则明显延长,20℃下的屏栅和加速栅热仿真结果与室温下推力器热平衡试验结果比对误差分别为7%和5%;其次环境温度的降低,会导致屏栅与加速栅的中心间距和边缘间距均缩小,而加速栅和减速栅的边缘间距却逐渐拉大,仿真结果与栅极热间距摄像测量结果符合性较好;根据三栅极组件的栅孔径扩大率随环境温度变化的计算结果来看,加速栅中心和减速栅边缘是离子刻蚀的主要位置,轰击至加速栅中心区域的离子数速率约是边缘的3倍,而轰击至减速栅边缘区域的离子数速率是中心的2.5倍,且环境温度的降低对加速栅中心区域离子刻蚀的影响更为强烈;经2100h的寿命试验验证,仿真结果与试验结果基本符合,误差经分析认为主要来自于流体方法的参数设置过程以及栅孔壁面均匀刻蚀的计算假设。     

抗高热流防静电涂层性能

研制了一种抗高热流防静电涂层,对涂层的抗高热流冲刷、防静电等性能进行了研究.经1.5、2.5、3.6、7.2 MW/m2短时(1 s)热流冲刷后,涂层无鼓泡、剥落,烧蚀前后体积电阻率均＜1×107Ω·cm,且具备一定的环境防护功能.