5kW离子电推进大功率屏栅电源的设计研究

本文针对航天器用5kW离子电推力器核心供电模块屏栅电源的技术需求,采用移相全桥技术设计了低电压输入高电压输出的大功率屏栅电源模块。对比分析了ZVS和ZVZCS两种移相全桥方案后,得出ZVZCS更适合于电推进屏栅电源的设计。提出了ZVZCS移相全桥变换器CDD无损缓冲电路中辅助电容的设计方法,论述了屏栅电源功率级和控制电路的设计过程。通过实物产品验证表明：采用ZVZCS移相全桥技术设计的屏栅电源模块能在较宽的负载范围内实现超前桥臂和滞后桥臂的软开关,提高了变换器的效率;采用CDD无损缓冲电路能辅助实现滞后桥臂的零电流关断,降低原边电流的损耗,同时降低高压整流管的电压应力。在具备完善的输入滤波,浪涌抑制及母线开关等功能以后,最大功率下效率在95%以上。     

航空发动机低压涡轮出口温度标定方法

在航空发动机试车过程中,针对数字电子控制器采集低压涡轮出口燃气温度(T6)高于试车台数采系统采集值的现象,进行了多轮测温试验,并结合T6测温原理、热电偶及补偿导线电气特性等,提出了从数字电子控制器电路板终端进行温度标定的方法,以确保在发动机实际试车过程中控制器测量的T6值更接近真实温度.试验结果表明:在航空发动机试车中采用在数字电子控制器T6采集电路板的补偿导线终端进行标定的方法后,由数字电子控制器与试车台数采系统采集的T6值相差1℃以内,证明该标定方法准确可行.     

运载火箭增压输送系统用电爆管特性及验收方法改进

对运载火箭增压输送系统用电爆管的主要特性及参数进行介绍,通过一系列摸底试验,逐步完善出一套电爆管验收方法,并结合进几次批产验收经验,提出后续批产验收建议。     

基于PI控制的直流电机调速控制系统的研制

为解决直流电机速度控制问题,采用增量式PI控制方法,设计了无刷直流电机速度控制器。对模拟调节器进行了离散化处理,每隔10ms用编码器测速一次,并进行适当的软件滤波,用计算出速度差作为控制量,用离散的差分方程代替连续的微分方程,用软件实现了PI控制算法。搭建了基于STM32的实验平台,给出了P和I参数整定方法,并通过大量实验得到了合适的P和I的系数,验证了该增量式PI控制方法的正确性。研究结果表明:该PI控制算法能够实现对速度的恒定控制,响应速度快、抗干扰能力强。为PID控制提供了实验的方法和步骤。     

飞机电源系统的重要标准与系统优化

解析飞机电源系统安全标准和电源接口标准,研究飞机电源系统结构及关键组件性能要求,以及飞机系统电源接口和电源配电系统设计规则,论述飞机电源系统和配电系统优化的工程方法。     

多电飞机作动系统的体系结构优化(英文)

多电技术的深入发展使得飞机上可选择的功率源和作动器种类越来越多,这导致在机载作动系统体系结构优化设计过程中出现了不同功率源和作动器组合的极端复杂性,传统的"试凑"法已无法完成设计任务。首先介绍了多电飞机飞控作动系统(Flight Control Actuation System,FCAS)的组成,计算了其可能的体系结构数量;其次提出了FCAS体系结构在安全性、重量和效率方面的评价指标,计算了全机各舵面均采用同类作动器时的评价指标值;最后对比分析了现有的各种多目标优化算法,采用遗传算法给出了多电飞机FCAS体系结构的多目标优化设计结果。对比传统的只采用阀控液压伺服作动器的作动系统体系结构,优化后的体系结构可以在满足安全可靠性要求的前提下使系统的重量减轻6%左右,效率提高30%左右。     

离子推力器加速栅寿命概率性分析

交换电荷离子对加速栅极的溅射腐蚀是离子推力器的关键失效模式之一,基于交换电荷离子对加速栅溅射腐蚀的物理机理,对离子推力器加速栅工作寿命进行了概率性建模。利用该模型对20cm Xe离子推力器加速栅寿命和其达到预期寿命的可靠度进行了评估。结果显示加速栅的寿命近似服从高斯分布,当推力器工作环境压力近似6.7×10-3Pa时,加速栅工作寿命达到3kh的可靠度为0.9352。     

自励模式霍尔推力器设计

为实现P70霍尔推力器自励模式稳定放电运行,分别设计了满足自励模式放电要求的磁路和电路。其磁路设计是基于霍尔推力器他励运行模式最优放电性能参数和磁势不变原理,采用FEMM有限元磁场计算软件建模,将推力器内铁心半径由7 mm减至4 mm,可得到满足自励模式运行要求的优化磁场。针对电磁线圈串入主放电回路不同位置对放电的影响,考虑电磁线圈绝缘要求,提出将电磁线圈串入放电电源负极性端,整体电路设计可使放电可靠。性能对比实验表明,自励模式与他励模式性能接近,在放电电压为420V时,自励模式最高效率达到61%。自励模式实验获得了稳定放电,且放电电流低频振荡幅值很小。     

水工质脉冲等离子体推进器的能量平衡和效率

通过一种同轴水工质脉冲等离子体推进器的LCR放电回路的理论分析和实验来探讨其在运行过程中的能量平衡和能量转换效率。理论分析认为储能电容中的储存能量通过放电转化为加速动能及被传输线和电容的等效电阻消耗掉,并且根据等效电阻的分配情况定义了水工质脉冲等离子体推进器的加速动能和电磁力转换效率。实验研究表明:该水工质脉冲等离子体推进器的存储能量(E0=4.86J)转换成加速动能的能量转换效率是28%,其中11%用于电磁加速及17%用于电热加速,其余72%的存储能量消耗在储能电容和传输线内阻所造成的能量损失上。     

气氧/甲烷涡流冷壁燃烧室流场与壁面耦合传热分析

针对涡流燃烧室的试验模型,耦合计算了其中的燃烧、流动和传热过程。湍流模型采用RNG k-ε两方程模型,辐射传热采用P1辐射模型,化学反应采用有限速率模型。数值模拟了涡流燃烧室在20s内的传热过程,得到了燃烧室和喷管的壁面温度分布随时间的变化。燃烧室侧壁面和头部温度在4秒内就达到较稳定状态,在涡流保护下侧壁面最高温度在650K左右,头部最高温度在785K左右。对于热沉喷管,壁面温度随时间基本呈缓慢线性上升,在一定的时间内可以满足实验要求。