霍尔推力器阳极加热机制及设计优化

阳极的过热不仅降低霍尔推力器的放电稳定性和推力效率,同时也是推力器的一种失效原因,直接引起推力器放电电流、功率异常增加导致关机故障。为在设计阶段解决阳极过热失效问题,本文通过理论分析建立了阳极热过程模型,分析得到阳极鞘层的形成是影响阳极热功率的核心过程,而阳极电流密度和磁感应强度是影响鞘层特性的关键参数。研究结果表明,阳极鞘层电势差随阳极电流密度的提高而增大,在典型近阳极区等离子体参数下,阳极电流密度小于600A/m2时,阳极负鞘层形成;而阳极热功率随着近阳极区磁感应强度的增加而升高,将阳极位置设计在零磁场区是最有利于降低阳极热功率的设计。     

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。     

飞翼模型微秒脉冲等离子体控制低速风洞试验研究

为改善飞翼模型低速、大迎角气动特性,在试验段截面为4.5m×3.5m的低速生产型风洞中开展了大展弦比飞翼模型微秒脉冲等离子体流动控制的试验研究,所用的飞翼模型展长为2.4m,展弦比为5.79,试验研究采用了测力和PIV (Particle Image Velocimetry)两种试验方法。通过测力试验研究了等离子体激励位置和激励频率对飞翼模型失速特性的影响,通过PIV流动显示试验给出了等离子体对翼面流场结构的影响。试验研究表明:等离子体控制能显著改善大展弦比飞翼模型低速大迎角下的气动特性,激励位置和激励频率对流动控制效果具有较大影响;等离子体激励位置在机翼前缘驻点附近、激励频率为100Hz时控制效果最好;试验风速V=70m/s (Re=2.61×106),等离子体激励的峰峰值电压为10kV时飞翼模型的最大升力系数提高20.51%,失速迎角推迟6°。     

利用孤立导体建立等离子体探测载荷参考电位方法

研究讨论了一种利用孤立导体在空间等离子体环境中建立探测器参考电位的技术.将一个金属导体与航天器进行电隔离,利用电路将孤立导体电位引入探测器电源模块,为探测器建立参考电位.该技术可安全方便地应用于卫星等航天器,使探测器的地电位与空间等离子体电位基本一致,避免航天器本体电位对探测器的影响.该技术将应用于中国空间站等离子体原位探测器,通过测试验证了该技术方法可以建立-210～+210V的参考电位,满足空间站等离子体原位探测器-200～+200V的参考电位技术需求.      

Luminescent Nanocrystalline Silicon Carbide Thin Film Deposited by Helicon Wave Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition

Hydrogenated nanocrystalline silicon carbide （SIC） thin films were deposited on the single-crystal silicon substrate using the helicon wave plasma enhanced chemical vapor deposition （HW-PECVD） technique. The influences of magnetic field and hydrogen dilution ratio on the structures of SiC thin film were investigated with the atomic force microscopy （AFM）, the Fourier transform infrared absorption （FTIR） and the transmission electron microscopy （TEM）. The results indicate that the high plasma activity of the helicon wave mode proves to be a key factor to grow crystalline SiC thin films at a relative low substrate temperature. Also, the decrease in the grain sizes from the level of microcrystalline to that of nanocrystalline can be achieved by increasing the hydrogen dilution ratios. Transmission electron microscopy measurements reveal that the size of most nanocrystals in the film deposited under the higher hydrogen dilution ratios is smaller than the doubled Bohr radius of 3C-SiC （approximately 5.4 nm）, and the light emission measurements also show a strong blue photoluminescence at the room temperature, which is considered to be caused by the quantum confinement effect of small-sized SiC nanocrystals.     

三维等离子体MHD气动热环境数值模拟

电磁流动控制技术是一个多学科交叉融合的重要研究方向,在高超声速飞行器气动特性优化、气动热环境减缓、边界层转捩和等离子体分布等流动控制方面显示出广阔的应用前景。考虑高超声速飞行器绕流流场中发生的离解、复合、电离和置换等化学反应,气体分子振动能激发以及化学非平衡效应,耦合电磁场作用并基于低磁雷诺数假设,通过数值模拟求解三维非平衡Navier-Stokes流场控制方程和Maxwell电磁场控制方程,建立磁场与三维等离子体流场耦合数值模拟方法及程序,采用典型算例进行考核。在此基础上,开展不同条件下磁场对再入三维等离子体流场以及气动热环境影响分析。研究表明:建立的高超声速飞行器的等离子体流场与磁场耦合计算方法及程序,其数值模拟结果与文献符合,外加磁场使飞行器头部弓形激波外推,磁场强度越强,激波面外推距离越大;不同磁场强度环境下,流场中温度峰值大小略有变化,变化幅度较小;磁场对绝大部分区域的热流有减缓作用,作用的大小与飞行高度、马赫数以及磁场的配置紧密相关;当前的计算条件下,飞行的高度越高,磁场的作用越明显。     

斜孔式等离子体合成射流激励器静特性的实验

设计了斜孔式等离子体合成射流激励器,采用电参数测量和高速纹影技术研究了其放电特性及瞬态流场特性。实验表明:相较直孔式等离子体合成射流激励器,斜孔式等离子体合成射流激励器的射流流动表现出明显的附壁效应和非对称性,这有利于提高射流对流动分离的控制能力。同时,实验中还观察到了浮力对等离子体高温射流流场演化的影响,特别是在射流演化的末期,其诱导的垂向速度分量显著地改变了射流的最终运动方向。      

海阔潮涌竞风流——中国空间技术研究院卫星应用产业科学发展扫描

近年来,作为中国空间技术开发、航天器研制"国家队"的中国空间技术研究院(以下简称"空间院"),强势突起,依托其在航天器研制领域积累的雄厚技术,在卫星应用领域奋力开拓,创新驱动、科学发展,在经济规模上实现了大跃升,"十一五"以来,卫星应用产业板块收入以年均复合增长率超过30%的速度持续增长,2012年产业总收入达到22.2亿元,2013年有望突破30个亿。此外,空间院卫星应用产业还在产业结构调整、市场开拓、管理体制创新等方面实现了     

一种能降低航天成本的新型推进系统

据悉,美国航天局亚拉巴马马歇尔航天中心的科学家和工程师正在研究一种新型推进系统,该系统无需使用燃料,对环境无害,具有重复使用的可能性,并可以把航天器进入轨道后的飞行成本从每磅7000美元降低到几百美元。这种连接在航天器上的名为“小型推进消耗性展开系统”(ProSWDS),采用一根长5000m的铝制线缆。其工作原理与发电机相同:当线缆穿过地球磁场时,整个长度上会感应出电压。线缆的上端带正电,因此高层大气等离子体中带负电的电子就会被吸附到线缆上端。使用一种装置在线缆下端把这些电子重新发射到太空中,就可以产生沿线缆长度流动的电…     

高温气流中材料表面催化特性研究

分析了在高温气流中材料表面催化复合反应的基本过程及它和各种因素的关系，同时阐述了用于研究材料表面催化特性的实验设备－高频感应等离子体内风洞。文中给出了在高频感应等离子体风洞中测得的三种材料的催化复合系数γ及催化复合反应速率常数kw，并对催化材料的选择等有关问题进行了讨论。