毛细管放电型脉冲等离子体推力器输出特性分析

为了研究毛细管放电型脉冲等离子体推力器输出特性,借助电学诊断手段展开实验研究,获得了推力器典型放电波形,系统研究了不同毛细管内径和施加电压对等离子体等效阻抗、沉积能量效率的影响规律。利用微冲量测量台架,测试了不同参数下毛细管推力器输出元冲量,并通过计算获得了推力器比冲、总体效率的变化规律。实验结果表明,当毛细管内径不断增大时,能量沉积效率不断下降,元冲量下降,比冲降低。主电容电压增大时,放电能量不断增大,能量沉积效率降低,元冲量和单次等效烧蚀质量不断增大,但推力器比冲和总体效率均先增加并趋于稳定。当毛细管腔体长度为16mm,内径3mm,主电容2.5μF,充电电压为2kV时,输出元冲量350.79±7.50μN?s,比冲531s,总体效率可达18.3%。     

一种用于临近空间飞行器的吸气式电推进技术

针对低速临近空间飞行器提出了一种新型吸气式电推进方案,该方案采用单介质阻挡放电（SDBD）作为等离子体源,因此能在较大气压范围（数Pa~1atm）内电离大气产生等离子体并产生推力。为探究该吸气式电推进方案的推力性能,测量了实验样机在多个气压和电压条件下产生的推力。推力测量结果显示在10~90kPa气压范围内,实验样机产生的推力在10 2~10 3μN量级;气压一定时,产生的推力与驱动电压呈幂次相关;而电压一定时,随着气压自1atm逐渐降低,产生的推力先增大后减小,且达到最大推力的气压与所加驱动电压相关。     

供气周向不均匀对霍尔推力器放电特性及性能的影响

研究发现,由于气体分配器安装及制造误差,或者出气孔被溅射产生的粒子阻塞容易导致霍尔推力器周向出气不均匀。采用堵塞气体分配器出气孔的方式实现周向不均匀气体分布来研究供气周向不均匀程度对霍尔推力器放电特性及性能的影响,试验得到了不同情况下的电流特性、近场区离子电流密度分布以及整体性能参数。结果表明,出气周向不均匀导致放电电流增加,增量最大可达25%以上,放电电流振荡严重,同时减小了推力器的效率和比冲。     

单晶硅电火花线切割表面损伤层形成机理

 为了研究单晶硅电火花线切割(WEDM)表面损伤层的损伤形式和形成机理,以电火花线切割加工后的单晶硅表面为研究对象,采用表面形貌观察分析及择优腐蚀方法研究了单晶硅经过电火花线切割后的加工表面.研究结果表明单晶硅经电火花放电加工后表面损伤形式分为4种:热损伤、应力损伤、热与应力综合作用损伤及电解/电化学腐蚀损伤.热损伤使得硅表面形成多晶或非晶硅;应力损伤使硅表面产生裂纹;热与应力综合作用会产生小孔效应,且随着放电功率密度的增加,小孔会明显增多;电解/电化学作用会加快损伤区域及杂质元素富集区域的腐蚀.     

静电拉伸空间薄膜反射镜面形控制机理研究

薄膜反射镜将解决反射镜孔径与重量相互制约的问题. 采用静电拉伸法控制薄膜反射镜面形, 具有结构简单、反射镜面形易于控制等优点, 其原理为利用静电场上库仑力作用使薄膜产生面形变化, 生成所需的光学曲面. 由于薄膜变形力学, 以及静电场理论的复杂性, 目前薄膜成形及其面形控制在理论分析上仍未有定量的结果. 本文主要以单电极静电场中的薄膜反射镜面形为考察因素, 通过数值计算的方法得到薄膜反射镜上的静电力分布, 运用有限元分析获得该分布下的反射镜面形, 并将其与理想面形进行比较. 提出采用多电极闭环控制可获得更高的控制精度, 对静电拉伸薄膜的研究具有一定的指导意义.      

Microscopic approach to analyze solar-sail space-environment effects

Near-sun space-environment effects on metallic thin films solar sails as well as hollow-body sails with inflation fill gas are considered. Analysis of the interaction of the solar radiation with the solar-sail materials is presented. This analysis evaluates worst-case solar radiation effects during solar-radiation-pressure acceleration. The dependence of the thickness of solar sail on temperature and on wavelength of the electromagnetic spectrum of solar radiation is investigated. Physical processes of the interactions of photons, electrons, protons and α-particles with sail material atoms and nuclei, and inflation fill gas molecules are analyzed. Calculations utilized conservative assumptions with the highest values for the available cross sections for interactions of solar photons, electrons and protons with atoms, nuclei and hydrogen molecules. It is shown that for high-energy photons, electrons and protons the beryllium sail is mostly transparent. Sail material will be partially ionized by solar UV and low-energy solar electrons. For a hollow-body photon sail effects including hydrogen diffusion through the solar-sail walls, and electrostatic pressure is considered. Electrostatic pressure caused by the electrically charged sail’s electric field may require mitigation since sail material tensile strength decreases with elevated temperature. It also can substitute inflation-gas pressure loss due to gas diffusion and perforation by micrometeoroids impact to keep the sail inflated.     

逆流冷却罗茨鼓风机涡流与排气脉动的数值分析

运用计算流体动力学方法对逆流冷却在削弱罗茨鼓风机排气过程中存在的排气脉动方面进行了数值模拟,以动网格方法实现了计算域的变化并保证与转子旋转角度的匹配,在预进气与基元容积的动、静交接区域采用了非一致网格界面.对涡流与脉动流动瞬态特性的分析证明,逆流冷却可以避免排气口处的回流现象;在一个运行周期内,逆流冷却鼓风机的小脉动幅值仅为空冷鼓风机的20%～25%,这种小幅值脉动在降低排气气动噪声方面起重要作用.      

半封闭通道射流冲击孔流量系数的实验

对半封闭通道射流冲击孔的流量系数进行了实验研究,针对单排、双排冲击孔结构,在变化各种几何参数及流动参数的情况下,较为系统地获得了射流孔展向间距与射流孔直径之比、射流孔流向间距与射流孔直径之比、射流冲击间距与射流孔直径之比、射流孔倾角等因素对于流量系数随射流雷诺数的变化曲线.通过对比分析,讨论了各种因素对流量系数的影响.      

狭小空间内气膜孔流量系数的数值模拟

针对多层层板冷却、双层壁冷却等冷却技术,利用数值模拟分析了这些冷却结构形成的狭小冷却通道中,气膜孔附近的流动特性,重点研究了气膜孔流量系数C_{d随吹风比M(0.5～2.0)、气膜孔雷诺数Re(5000～10000)以及冷却通道高度H和气膜孔直径D之比H/D(0.33～1.0)等参数的变化规律.数值计算中湍流模型为Realizable k-ε模型,近壁处采用非平衡壁面函数,利用SIMPLE算法和二阶迎风格式进行离散求解.计算结果表明:气膜孔流量系数随吹风比的增大而增大,在吹风比M小于1时,影响尤为明显.研究中同时发现在相同吹风比的条件下,Cd随着气膜孔雷诺数的增大而减小,但变化的幅度不大;在相同的气膜孔雷诺数下,Cd随着H/D的减小而降低,特别是当H/D小于0.75时,随着流体在进入气膜孔前逐步受到限制,Cd随着H/D的减小而快速降低.}      

水中钛合金电火花加工的辅助电流抑制杂散腐蚀研究

提出了水中钛合金电火花加工辅助电流抑制杂散腐蚀的加工方法,利用辅助电源施加阴极电流的方式使金属界面呈负电性并达到足够负的电极电位以抑制杂散腐蚀的发生。研究了杂散腐蚀的产生机理和辅助电流对杂散腐蚀的抑制机理,对添加辅助电流前后钛合金表面进行了电场仿真分析、实验验证、表面形貌及组份分析。结果表明:采用辅助电流的方式能有效地消除水中钛合金电火花加工中存在的杂散腐蚀。