稳态等离子体电推进技术研究现状及其关键技术

研究表明,稳态等离子体推力器(SPT)具有比冲大、效率高、寿命长的优点,是具有较高性能的先进空间推进系统之一,已广泛应用于小卫星的姿态控制和轨道保持。概述了SPT的系统组成和工作原理,重点介绍了SPT的研究进展、主要性能参数、关键技术及其在潜在应用领域中的性能优势,指出其关键技术有空心阴极的热设计和结构设计以及弯曲磁场位形的设计。对我国SPT研究内容提出了建议。     

Plasma Niobium Surface Alloying of Pure Titanium and its Oxidation at 900 ℃

A niobium-modified layer on pure titanium surface was obtained by means of double glow plasma surface alloying technique. The modified layer was uniform, continuous, compact and well adhered to the substrate. The niobium composition in the modified layer decreased gradually from the surface to the substrate. The oxidation behavior of the niobium-modified layer was investigated and compared with the untreated surface at 900 ℃ for 100 h. Characterization of the layers was performed using X-ray diffraction and scanning electron microscope, respectively. The test results show that the oxidation behavior of pure titanium was improved by niobium alloying process. Niobium has a positive influence on the oxidation resistance.     

再入飞行器尾迹流场及其雷达散射效应研究

对再入飞行器等离子体尾迹及其雷达散射特性进行了分析、研究和大量的计算。讨论了物形、流场各因素对尾迹雷达散射截面的影响。流场计算使用准一维粘性尾迹方程，以修正基尔方法（多值法）求解，用一阶Ｂｏｒｎ近似完成亚密雷达散射截面（ＲＣＳ）计算。计算中使用８组元混合空气、１４个非平衡化学反应模型，考虑５种不同尺度的小钝头锥形物体，沿再入轨道取６５至３４公里，共１３个高程的飞行条件。通过计算得到了再入体尾迹各流场参数、电子密度分布及湍流亚密尾迹的ＲＣＳ。结果说明再入钝锥细长体粘性尾迹的转捩特性对于等离子体的散射性质具有决定性的作用；再入弹头尾迹等离子体对地面单站雷达发射波的回波主要来源于尾迹湍流亚密的非相干散射；对确定的波长，当环境雷诺数达到临界值之后，可能出现ＲＣＳ的突增现象；不同物形及来流条件造成尾迹转捩位置的改变，从而影响ＲＣＳ的数值及其沿轨道的分布；改变尾迹颈部初值会引起ＲＣＳ值的明显变化。     

温度、密度对目标等离子体隐身效果影响的FDTD分析

采用等温近似,给出覆盖目标的不均匀的、各项同性的、热的、碰撞的、等离子体的电磁反射的三维FDTD算法的公式。在一维条件下,计算了不同密度分布、不同温度的等离子体对电磁波的反射系数。给出了温度、密度对电磁波在等离子体中的碰撞吸收的影响。结果显示,增大等离子体的温度和密度将有利于等离子体对电磁波的吸收,增大吸收的带宽,减小等离子体覆盖目标对电磁波的反射。     

圆柱谐振腔微波等离子推力器的理论计算

采用耦合求解Maxwell方程、Navier Stokes方程和Saha方程的方法,完成了圆柱谐振腔微波等离子推力器(MPT)的理论计算研究。研究结果表明,MPT稳态高效工作的前提是耦合进入谐振腔内的微波功率与工质气体流量(或腔内压强)应合理匹配,并通过1kWMPT的地面与真空实验,初步验证了理论研究结果。理论与实验研究表明,圆柱形MPT原理可行,研制出的样机实验系统启动可靠、工作稳定。     

等离子喷涂制备W丝增强NiAl单层复合材料的界面研究

采用等离子喷涂法制备了W丝增强NiAl单层复合材料并研究了该材料内部与界面相关的问题.研究表明:作为增强体的W丝与NiAl基体具有较好的稳定性,制备态的W/NiAl界面为非冶金结合,其界面处无元素的互扩散及界面反应发生;在模拟热压工艺的两种退火热处理(800 ℃/3 h,1 200 ℃/48 h)状态下,W丝/NiAl界面的结合强度增加,但界面处未出现可见的元素的互扩散层,只是W丝与结晶后NiAl熔滴颗粒之间的氧化物层明显增厚.另一方面,等离子喷涂工艺会给NiAl基体内部带来氧化物的内分界面,该界面的存在会导致NiAl基体的脆断.     

Absolute and Convective Instabilities of Circularly Polarized Alfvén Waves

We discuss the recent progress in studying the absolute and convective instabilities of circularly polarized Alfvén waves (pump waves) propagating along an ambient magnetic field in the approximation of ideal magnetohydrodynamics (MHD). We present analytical results obtained for pump waves with small dimensionless amplitude a, and compare them with numerical results valid for arbitrary a. The type of instability, absolute or convective, depends on the velocity U of the reference frame where the pump wave is observed with respect to the rest plasma. One of the main results of our analysis is that the instability is absolute when U _l < U < U _r and convective otherwise. We study the dependences of U _l and U _r on a and the ratio of the sound speed to the Alfvén speed b. We also present the results of calculation of the increment of the absolute instability on U for different values of a and b. When the instability is convective (U < U _l or U > U _r) we consider the signalling problem, and show that spatially amplifying waves exist only when the signalling frequency is in two symmetric frequency bands. Then, we write down the analytical expressions determining the boundaries of these frequency bands and discuss how they agree with numerically calculated values. We also present the dependences of the maximum spatial amplification rate on U calculated both analytically and numerically. The implication of the obtained results on the interpretation of observational data from space missions is discussed. In particular, it is shown that circularly polarized Alfvén waves propagating in the solar wind are convectively unstable in a reference frame of any realistic spacecraft.     

静电探针法对等离子体参数的测定

静电探针(又称朗谬尔探针)是最早被用于等离子体的诊断工具,它是在等离子体密度和温度比较低的情况下测定等离子体参数的基本方法。文章利用等离子体环境地面模拟设备,采用静电探针的方法,对等离子参数进行测定。并给出了模拟环境的测量结果,分析运行气压及微波功率对等离子体密度的影响。最后通过均匀性及稳定性测试,证明该等离子体地面模拟设备可以满足比较均匀的等离子体环境。     

大尺寸金刚石膜生长中等离子体弧源的稳定性

保持等离子体弧源稳定性对于制备大尺寸平面金刚石膜极其重要,故从理论和实验两个方面对等离子体弧源稳定性进行了分析。研究表明,为了保持弧源的稳定,必须在生长过程中,保持稳定的电子温度和均匀的活性原子及原子基团密度。金刚石膜在某些条件下长时间生长时,会发生阳极环积碳现象,导致等离子体弧源扰动失稳,从而引起生长的金刚石膜含有石墨杂质。通过预处理阳极环、控制碳源、加大氢气量等措施可保持弧源稳定。在此条件下生长金刚石膜,经SEM,Raman分析表明,其晶粒均匀、晶界清晰,仅有金刚石特征峰出现。     

电弧等离子体射流光谱学诊断系统及软件包

本文描述了电弧等离子体射流光谱信号自动化ＣＣＤ测量系统，介绍了自行研制的诊断软件包的功能。我们采用的ＣＣＤ测量系统，数据采集和处理由ＰＣ机实施，其测量速度达到毫秒级，、波长分辨率为０．０１ｎｍ，一次测量光谱范围为２２．０ｎｍ。利用该系统对纯氩和氩、氮混合电弧等离子体射流进行了测量，获得了射流的原子和分子光谱谱图。