100 W微波等离子推力器固态源研制

为了实现微波等离子推力器的小型化,利用固态器件、衰减器和检波器一体化设计技术及液体冷却技术,研制出小型化的微波等离子推力器固态源,其输出和反射微波功率可由固态源输入电压和检波器的输出电压进行控制与检测,固态源的质量与体积分别是磁控管微波源的15%和6%。对采用固态源的推力器分别进行了地面和真空实验,结果表明固态源能稳定可靠地工作。     

高速流前端磁场B_z分量的变化

等离子体片高速流在磁层活动中起着重要作用,其形成机制以及与背景等离子体的相互作用日益引起关注.本文利用搭载于Cluster四颗卫星上的磁场和等离子体观测仪器,对2001和2002两年发生在磁尾等离子体片中高速流事件期间的磁场变化进行了统计研究.结果表明,在高速流前端,伴随着等离子体整体速度的增加,绝大多数高速流前端磁场的B_z分量经常出现先短暂减小然后剧烈增大的现象,符合以往利用Geotail卫星观测数据获得的统计特性.然而个例研究发现B_z的下降与上升常常是不对称的,且B_z分量下降的程度并不是总能达到反向的程度,说明这种变化特征并不一定是存在磁结构的表现.我们认为更多时候这种磁场的变化特征是高速流挤压背景等离子体磁场造成的,是相互作用的结果.当偶极化锋面形成后,由类似间断面的磁场界面反射的热离子产生抗磁效应,可能对B_z下降形成部分贡献,而B_z增加则是高速流携带磁通量堆积的效果.     

钛合金齿轮LPES法表面强化的电场与流场

针对TC4钛合金齿轮复杂曲面液相等离子体电解渗透(LPES)表面强化放电困难的问题,基于仿真分析和实验验证的方法,建立了齿轮表面强化系统仿真模型,进行了强化系统电场和流场仿真,确定了齿轮复杂表面放电机理,研究了电极系统参数和入口流速对强化层形成的影响。结果表明:齿轮复杂表面放电困难的根本原因在于电场的分布不均。采用啮合形阳极时的电场和强化层均匀性较好。电极距离过小容易造成强化系统的短路,过大时会降低强化层的均匀性和厚度。合理的系统电解液流速对放电的稳定性和强化层的形成均具有重要的意义。相较于未处理时的基体,强化后的齿轮表面耐磨性有了明显提升。     

等离子体激励对串列叶栅流动分离抑制效果的数值仿真

为了探究不同等离子体激励布局对串列叶栅角区流动分离抑制的效果,采用数值仿真方法,在流动分离前施加激励,对不同布局激励前后流场的流场结构和总压损失沿流向分布进行对比,分析了等离子体激励布局对串列叶栅角区流动分离的影响,以及激励对串列叶栅气流掺混的影响。结果表明:在来流马赫数为0.5、攻角为4°时,ACU2布局激励对流动分离有较好的抑制作用,总压损失系数减小10.74%;ACU2-ACU5组合激励对抑制后排叶片的角区分离有较好效果,总压损失系数降低25.09%。     

电导率模拟对高超声速MHD控制影响

高温气体电导率是高超声速电磁流动控制数值模拟最重要的参数之一。针对电导率模拟准确性及其对高超声速磁流体控制影响的问题,考虑高超声速飞行器流场中高温气体热化学非平衡效应,采用三维低磁雷诺数磁流体动力学（MHD）数值模拟方法及程序,结合国内外常见电导率处理方法开展典型状态高超声速MHD控制数值模拟,分析电导率模拟对高超声速磁流体流场分布、气动力/热特性的影响。研究表明：磁控热流减缓效果与电导率呈非线性关系,电导率较大时将出现电导率的磁控热饱和现象,其产生的原因可能与化学反应趋向于平衡态存在一定关系;采用定电导率方法,会人为放大磁场洛仑兹力的磁阻力效果,使阻力系数的预测值偏大;不同电导率模型计算得到的电导率分布差异很大,甚至存在数量级的差别,显著影响了磁流体的控制效果,这与电导率模型的适用范围、参数选取原则存在很大关联;对于含多种离解、电离组分的高温气体流动来说,采用基于多电离组分迁移碰撞的电导率模型（本文模型M8）,计算与试验一致性最好。     

脉冲等离子体推力器点火可靠性试验研究

为了得到PPT点火可靠性表征参量的内在联系及放电能量对其影响规律,开展了传统PTFE与掺碳PTFE两种工质的可靠性试验研究,通过记录点火故障率和分析放电延迟时间,得到了不同工质PPT的点火可靠性,为PPT点火可靠性分析提供了新的研究思路。研究结果表明:在不同放电电压下,PTFE工质PPT放电延迟时间随点火次数增加的变化规律明显不同。放电电压为1kV时,放电延迟时间在1μs～15μs内变化,在初始阶段时明显增加,然后在波动中上升,并伴随有点火故障发生;放电电压为1250V和1500V时,放电延迟时间在1μs～5μs之内波动,且没有点火故障发生。两种工质的放电延迟时间均随点火故障率增加呈非线性规律变化,掺碳PTFE的放电延迟阈值与放电电压之间呈指数函数规律变化。     

螺旋波等离子体推进器原理研究

电推进作为一种新型推进技术已受到国内外航天界的广泛关注,且已成功应用于卫星、深空探测器等任务。在众多电推进器中,螺旋波等离子体推进器以其无须电极、比冲大、使用寿命长、性能高等优点成为近年来人们重点研究的对象。文章首先从螺旋波等离子体推进器的发展历程、研究现状和发展态势等角度进行了系统介绍;然后对此种推进器的结构组成以及推进原理进行了阐述;并对几种典型离子加速方式进行了研讨;最后对螺旋波等离子体推进器的应用前景进行了展望。     

微小卫星在LEO背景等离子体环境中的充电特征

航天器在低地球轨道(Low earth orbit,LEO)背景等离子体中高速运行时会在速度下方形成尾流区。本文以南京航空航天大学的"天巡一号"微小卫星为研究对象,利用充放电计算程序SPIS研究分析了其在LEO背景等离子体环境下的充电情况、尾流特征及鞘层结构。模拟结果表明,微小卫星在背景等离子体环境下的充电电位低,这与LEO的充电电位特征相符;其尾流和鞘层结构与大卫星有明显特征区别:(1)其远尾区存在密度增强效应;(2)微小卫星鞘层情况符合厚鞘近似。同时,本文采用轨道运动限制(Orbital motion limited,OML)理论对密度增强效应进行了合理解释,而卫星的材料和尺寸可对密度增强的程度造成影响;在"天巡一号"靠近底板的位置鞘层厚度为0.630m,而鞘层厚度并不是常数,随着卫星表面电位的不同有所变化。     

DBD等离子体非定常激励下的平板流场结构分布研究

文章采用DBD等离子体简化模型,基于大涡模拟方法,对DBD等离子体作用下的流场进行数值模拟研究,探讨等离子体非定常激励作用下平板流动的流场结构特点。结果表明:等离子体作用下,在近壁区形成了一系列的正负涡对结构,涡对的产生促进了近壁区内流体与主流流体的能量交换,时均结果表现为从等离子体作用点形成向下游发展的壁面射流;在等离子体作用点下游0.5b的位置,等离子体最大诱导速度UDBD随激励强度Dc呈指数形式增加。