离子推力器栅极非预期电击穿评述

离子推力器栅极组件易发生非预期电击穿,不但影响离子推力器的工作稳定性与可靠性,还会对推力器栅极组件和电源造成严重危害,甚至导致其失效。文章从离子推力器地面试验现象出发,归纳评估非预期电击穿的击穿特性及机理,并在此基础上归纳评估不同电击穿类型及其危害性,最后给出离子电推进电击穿的后续研究建议。     

航天器表面电荷激发空间静电场规律研究

从带电表面微元出发,通过求解泊松方程,得到带电介质平板表面邻近空间静电势的解析表达式,建立介质表面电位-介电常数模型,求得了带电介质平板表面电位、表面带电量和介质介电常数三者之间的关系式。结合典型的航天器表面介质材料带电案例,对此类圆盘结构介质平板带电问题进行了仿真分析,结果表明,在介质材料表面电位一定的情况下,表面电荷激发的空间静电势值随距离的增大而减小,并且距离介质表面越近,电势的空间变化率越大;在介质材料带电量相等的情况下,介质表面电位随着介质介电常数的增大而减小,并逐渐趋于一个稳定值,所以在一定范围内选择介电常数较大的介质材料可以降低介质的表面电位,减小介质间发生静电放电的几率。     

基于发射光谱法的螺旋波电推进器等离子体源放电实验研究

为探究不同气体条件下螺旋波电推进器等离子体源的放电特征,开展了氩气、氦气和氮气放电的光谱诊断实验研究。氩气和氦气为工质气体的放电条件下,部分波长谱线相对强度随功率的增加而增强,且斜率出现两次跳变,考虑是螺旋波放电过程中的模式转换,即容性向感性、感性向波模式的转换。三种工质气体,在较低的压强下,各谱线强度均随压强增大而迅速增强,但氩气放电下压强继续增大达到1.0Pa以后,谱线强度增强趋势变缓甚至达到“饱和”状态,而氦气和氮气放电下压强增大到0.5~0.65Pa,谱线强度出现降低趋势,氦气和氮气放电强度对压强更为敏感。     

航天器多通道近场无线能量传输系统设计

针对航天领域空间交会对接、航天器配电、在轨服务与维护等领域对无缆化的需求,提出了多通道近场无线能量传输系统,建立了多通道磁耦合近场无线能量传输系统数学模型,分析了影响系统传输效率的重要参数,并对关键参数对系统效率的影响进行了仿真分析。通过线圈高效耦合设计,实现了多通道近场无线能量传输系统的效率最优。所提系统解决了能量的无线传输,并实现多负载接收的问题。通过一台1 000 W多通道近场无线能量传输样机进行了实验研究,结果表明,所提多通道近场无线能量传输装置具有传输效率高的特点,解决了航天器无线能量传输的多负载问题。      

高背压等离子点火器及其液体燃料点火特性实验研究

航天应用的液体火箭发动机及燃烧型加热器燃烧室室压高、燃料流量大、温度低、有重复启动需求,实现安全可靠点火的难度较大。针对这些需求,研究了一种采用高背压设计的电弧等离子体点火器。实验研究了Ar,N₂气体工质在高进气压力下的伏安特性,发现N₂在宽压力范围内适用于点火。发射光谱分析表明,在高达数MPa的进气压力下,Ar,N₂等离子体射流电子密度符合局部热力学平衡判据（LTE判据）,点火能量集中。N₂等离子体整体温度低于Ar,但阳极喷口附近温度高于Ar,N₂等离子体射流火焰长,卷吸沿程空气造成射流平均温度偏低,但有助于低温液体推进剂的蒸发混合和强化点火。等离子体射流引起了臭氧和氮氧化物的形成,具有促进点火和化学反应的作用。背压提高引起电源输出电压升高,提高供气压力和电流,有助于点火器在高背压环境中稳定电压。燃烧型空气加热器燃烧室的点火实验发现,采用N₂等离子体喷注面中心点火,可以在短时间内完成酒精-空气和酒精-液氧-空气的点火,最高燃烧室室压接近5MPa时,点火器仍能稳定工作,多次使用电极烧蚀不明显,在液体火箭发动机的重复可靠点火方面具有很好的应用前景。     

燃烧室头部激励的等离子体强化燃烧特性实验研究

等离子体助燃是一种新型的强化燃烧技术,近年来受到国内外学者的广泛关注。本文开创性地研制了基于旋转滑动弧等离子体的强化燃烧头部,建立了某型航空发动机三头部燃烧室实验件的等离子体助燃实验平台,验证了该等离子体强化燃烧技术应用于型号发动机燃烧室的可行性。实验研究等离子体助燃在不同余气系数和不同输入电压条件下对平均出口温度、燃烧效率、温度分布系数以及熄火边界的影响。实验结果表明,与正常燃烧相比,施加等离子体助燃后的燃烧效率有明显的提高,在输入电压为U0=240V,余气系数为 α=0.8时,等离子体助燃的燃烧效率提高3.24%。实施等离子体助燃后,燃烧室出口温度分布场分布得到明显的改善,在富油工况α=0.8,出口温度分布系数减少39.8%。等离子体助燃输入电压越高熄火边界扩展程度越明显,相比于正常工况条件下,等离子体助燃U0=240V的熄火边界扩宽了7.34%。     

低温风洞运行压比相关性研究及应用

低温风洞流场参数快速精确控制需要建立驱动风扇功率与马赫数、雷诺数、压力和温度等运行参数间准确动态传递模型.以0.3?m低温风洞初步运行压比和状态参数测试数据为对象,归纳分析发现风洞运行压比与试验马赫数平方成近似线性关系,且相同马赫数下测试数据点分布与雷诺数成有序关系,基于该特性成功构造马赫数和雷诺数组合幂函数,并建立风洞运行压比与组合幂函数的线性关联式.结果表明在马赫数小于1.0和宽广雷诺数变化范围下该动态模型与测试数据具有良好的一致性.同时,利用空气动力学方程式也推导验证了该动态模型的理论正确性.该动态模型的建立使得风洞运行液氮需求和压缩机功率以相对简单的方式与试验状态相关联,将其应用于风洞前馈控制,必将简化风洞控制流程,缩短每个数据点的稳定时间,节约液氮消耗量.     

围压对高压水射流冲击压力影响规律

高压水射流在油气资源钻探与增产领域应用日益广泛。但在井下作业时,射流一般处在很高的围压环境中,围压究竟对射流结构和能量传递有何影响是长期困扰着钻井领域的重要问题之一。通过围压水射流冲击压力测试装置,测得了不同围压条件下轴线冲击压力及射流压力。研究发现:憋压加载围压条件下,当围压小于喷嘴流量系数平方倍射流压力时,射流压力基本不变;围压较大时,射流压力随围压线性增加;围压对1倍喷距内的高压射流冲击压力基本没有影响;无因次射流轴向水力静压与无因次围压的3.3次方成正比,随无因次喷距线性增加,但当无因次围压超过阀值（0.6~0.7）,水力静压将随围压线性增加;无因次轴线冲击压力与无因次围压的0.15次方成反比,而随无因次喷距线性减小,但超过阀值后基本不变。本研究可为钻井水力参数设计、冲砂洗井等井下作业提供一定参考。     

复合材料加筋壁板轴压稳定性计算与试验研究

对复合材料加筋壁板的轴压失稳进行了分析计算和试验验证，在计算和试验的基础上通过失稳模式和机理的分析，提出了几种改变结构设计参数来提高承载能力的措施，为进一步完善和改进结构设计提供了参考。     

论定常不可压粘流的积分方程解法

本文对定常不可压粘性绕流积分解法中的涡量迭代过程、涡量边界条件的提法以及压强系数的计算等方面都作了改进,使数值解更易于稳定收敛并提高精度。为了验证本文的方法,对低雷诺数下的圆柱绕流进行了计算,结果表明计算效率是高的,迭代过程是稳定的。将本文方法推广到三维流动没有原则上的困难。