用多孔塞片实现推进剂微小流率的控制

在10 cm霍尔推力器工作流率需求分析的基础上,利用小孔节流原理和氙气黏性随温度变化明显的特性,采用粉末冶金多孔金属塞片作为节流元件,在给定入口压力的情况下,通过调节温度实现推进剂微小流率的控制。对基于该控制原理而设计的流量控制器开展了各项环境试验,即在试验前后利用推进剂流率测试系统对其性能进行了测试,测试结果一致性较好,符合设计要求。该流量控制器可在较宽的温度范围内实现不同流率的实时调节,从而满足推力器不同工作状态的流率需求,具有较强的适应性和调节性。     

释放SF_6气体改变电离层电子密度的实验研究

电离层受到自然或人工扰动后产生的电子密度变化会影响无线电的传播。实验模拟了人工释放SF_6气体扰动电离层,通过对SF_6气体在电离层中的扩散过程和相应的离子化学反应的分析,并结合实验测量,研究了电离层电子密度随SF_6气体释放量的变化规律。实验结果表明:SF_6气体在电离层高度释放后,电子密度显著减少,且减少量与气体释放量在一定范围内呈负指数关系。研究可为今后提高卫星通信保密性和实施通信干扰等应用提供理论依据。     

嵌套霍尔推力器的热优化策略研究

嵌套霍尔推力器的高温特性是影响其性能与可靠性的重要因素。为研究嵌套霍尔推力器的热优化策略,本文采用引入辐射传递系数的导热微分方程来描述推力器的传热过程,并在真空舱内开展50 kW级嵌套霍尔推力器的测温验证试验,验证和修正数值模型,修正后的模型计算误差在4.8%。在此基础上,利用数值模型针对三种热优化策略下的嵌套霍尔推力器温度分布进行求解,获得各个优化策略下的温度变化规律与机理。结果表明,同时采取三种优化策略下,温度最高导磁零件的温度可降低约90 K;三种优化策略中,添加散热片是最显著的降温策略,而改变放电室支撑柱厚度与更换放电室外壁表面处理的优化效果略有下降。     

吸气式多级电流体推进器性能研究

吸气式电流体动力（Electrohydrodynamic,EHD）推进器通过多级加速的方式可以有效提高推力,缓解航空器在空间环境下燃料不足的问题。为了探索不同参数下推进器的性能变化规律,分别研究了海拔、电压、电极间距和推进器级数等对电流体推进器的影响,通过求解电流体力学基本方程获得了放电、流动及推进特性相关的数据。研究发现,推进器在海拔0～20 km存在较大的性能差异,当海拔增大时,电极可施加的极限电压明显减小,电流及空气流速均有不同程度的降低。单级加速腔在海拔0 km处产生的最大推力是海拔20 km处的18.4倍,对应的推功比是海拔20 km处的3.1倍。多级推进器的推进性能并不等同于多个单级加速腔的代数相加,其前后两级电极的相互干扰会导致电场强度和电荷密度均发生变化,产生的反向电场将阻碍气体的流动。当推进器级数由1提升至5时,总推力由1.7 mN提升至6.53 mN,增大3.84倍;而推功比由0.94 N/kW降至0.58 N/kW,减小61.7%。     

会切磁场推力器低频振荡特性

针对会切磁场推力器的低频振荡特性,将推力器的工作模式分为高电流模式和低电流模式,在此基础上研究了低频振荡随工作参数和磁场位形的变化特性,并针对推力系统外回路对低频振荡的影响进行了研究。结果表明,在高质量流量下,随着放电电压的增加,会切磁场推力器的工作模式从高电流模式转换为低电流模式。在高电流模式下,放电电流具有高振幅、低频率的特征,羽流比较模糊,并且电流振荡幅值随着放电电压增大呈先增大后降低的趋势,而对应的振荡频率随着放电电压的增大而增大。在低电流模式下,放电电流具有低振幅、高频率的特征,羽流有两条明显的亮线,并且电流振荡幅值和频率均随放电电压的增大而增大。在不同工况下,随着质量流量增大,放电电流振荡幅值和频率均呈现增大的趋势。研究还发现,外回路中的电阻和电感对低频振荡起到一定的抑制作用,而电容对低频振荡的影响并不明显。     

电弧推力器约束通道内流动特性数值模拟

约束通道对电弧推力器的性能有着重要的影响,文章采用基于局域热力学模型（LTE）的数值模拟方法对中等功率电弧推力器内等离子体流动进行了数值模拟,考察了电流、入口压力、约束通道尺寸及不同推进剂对约束通道内等离子体流动的影响,分析了约束通道内非均匀流动现象,最后对推力器的性能、效率等进行了讨论。计算结果表明,随着电流的增加电弧高温区变粗变长,随着入口压强的增加电弧高温区半径减小而长度增加,随着约束通道半径的减小电弧高温区变得细长,随着约束通道长度的增加高温区的长度增长而半径无明显变化,氢气的高温区明显小于氮气和氩气;约束通道内只有小部分气体通过高温区被电离,大部分气体沿着壁面附近的低温区流动;约束通道内焦耳热约占总焦耳热的60%~80%,主要受约束通道长度影响。     

霍尔推力器预电离对低频振荡及壁面腐蚀影响的研究

ATON型霍尔推力器提出后,基于缓冲区的预电离现象的系列研究随之展开。但是迄今为止,预电离率的选择仍然未有定论。文章基于SPT-100型霍尔推力器的真实工作尺寸,建立了二维轴对称全粒子网格质点法（PIC）模型对推力器放电室内的放电过程进行模拟,并通过施加不同的缓冲区预电离率着重研究了预电离率与放电通道低频振荡和推力器壁面腐蚀之间的关系。研究结果显示,缓冲区预电离率的提高可以有效抑制放电通道内的低频振荡,使推力器工作性能提高。但与此同时,由于撞击通道壁面的离子能量增加导致通道壁面腐蚀加剧。     

GEO卫星霍尔推力器羽流防护结构混合PIC模拟

针霍尔推力器应用于GEO卫星时,羽流会对太阳能翼板表面高透光玻璃盖片产生一定的影响,导致太阳能电池整体输入功率降低。因此,有必要针对羽流的影响对翼板表面进行一定的防护。在对目前国内外羽流安全性评估及防护方面的工作进行一定调研的基础上,针对SPT100应用于典型的GEO轨道卫星时的情况,利用SPIS软件运用混合单元粒子（PIC）方法模拟了两种可能的太阳能翼板羽流防护方案,并分析比较了每种方案的优缺点及防护效果,为推力器在轨飞行时的羽流防护提供一定的借鉴。     

放电电压和屏栅电压对离子推力器性能的影响

利用试验和数值模拟相结合的方法研究6 cm Kaufman离子推力器放电电压和屏栅电压的变化对其工作性能的影响。试验中,离子推力器使用氩气作为推进剂,测量了多组不同工况下的性能参数。此外,基于Goebel的理论模型模拟了放电电压对束流电流和推进剂利用率的影响;采用单元内粒子 蒙特卡罗碰撞（PIC-MCC方法模拟屏栅电压对束流电流、推进剂利用率和加速栅极电流的影响。试验和数值模拟结果一致,发现当放电电压逐渐增大时,引出的束流电流和推进剂利用率先增加然后趋于稳定;当屏栅电压逐渐增大时,引出的束流电流和推进剂利用率先增加然后趋于稳定,加速栅极电流先减小后趋于稳定。研究可以为提高多模式离子推力器的性能提供参考。