5A发射电流空心阴极热特性模拟分析

采用有限元分析方法,建立了国产5 A空心阴极的热仿真模型,并进行了模型校验和典型工况下的温度场分析。结果显示:模型能够较好地反映空心阴极内部的能量传动过程,温度的仿真结果与试验比对误差小于5%;加热电流是造成空心阴极温度差异的主要原因;环境温度主要影响着空心阴极的外部部件温度,并且在太阳辐照影响时的高温环境更有利于推力器的启动;空心阴极加热且处于自持放电状态时,发射体温度在环境温度0℃和94℃下分别达到2 122℃和2 126℃,已接近发射体材料的耐温极限,因此空心阴极必须避免此极端使用工况。

LHT-200霍尔推力器热特性模拟分析

为获得LHT-200霍尔推力器在12.5 kW额定功率工况下的热耗及温度分布,采用有限元分析结合热平衡试验验证对推力器在额定工况下的热耗进行了迭代校准和热特性模拟分析。结果显示,当推力器总热耗为2700 W,即占总功率比例为21.6%时,温度模拟结果与实测值最为接近,最大误差出现在推力器外壳且达到了6.3%。实测结果显示推力器温度最高处为内绕线柱和内部支撑,分别为318℃和304℃,而靠近外部的导磁底座、散热板和外壳等部件的温度相对较低,基本在150~210℃范围内,后续可对外部部件进行表面处理以提高发射系数来进一步降低推力器整体温度。研究结果可为LHT-200霍尔推力器的热设计改进提供工程指引,并为国内同类型霍尔推力器的热分析提供仿真边界条件初值和参考。

国外离子推力器栅极几何形貌测试评价技术的应用与发展

栅极组件作为离子推力器的核心部件,对电推力器的性能、可靠性及寿命起着非常重要的作用。简述了离子推力器栅极几何形貌测试评价技术的主要研究内容,重点论述了国外航天技术先进国家在寿命试验中应用栅极几何形貌测试评价新技术的重要进展,总结了几何形貌测试评价技术的发展趋势。

离子推力器工作全过程数值仿真方案研究

离子推力器具有比冲高、寿命长、推力连续可调等优点,已成为未来空间探测任务推进系统的首选。离子推力器产品的优化设计通常采用实验测量的手段来实现,现有的仿真软件均是针对离子推力器的各个组成组件来开发,忽略了组件之间的相互耦合,为此,亟待开发一款综合考虑各组成部件相互作用的离子推力器工作全过程数值仿真软件。离子推力器结构复杂,且涉及等离子体场、流场、电场、粒子间碰撞以及粒子与壁面相互作用等过程,现有的仿真手段很难实现在同一时空下的数值模拟。提出了一种近似耦合的数值仿真方法,即仍将离子推力器的各组成部件作为一个独立的个体来仿真,但在数值建模时,考虑相关联部组件的影响。分别构建了两两耦合的数值仿真模型,开展了数值仿真计算,仿真结果显示部组件单独工作和耦合工作时组件内部的等离子体微观参数将发生较大变化。

我国空间推进技术领域发展思考与建议

我国空间推进技术领域历经60余年发展形成了较完善的技术体系和较丰富的产品谱系,支持了载人航天、应用卫星、深空探测等重大工程应用;面向我国航天领域未来规划、重大工程和科学项目的应用需求,空间推进系统现有的技术水平存在不足,亟需谋划创新发展和突破方向。本文从电推进、化学推进、核推进、新概念空间推进等角度出发,系统梳理了空间推进系统的发展现状;重点提炼了高性能、低成本的空间推进系统支撑低轨小卫星组网发展,大推力、可重复使用的低温化学推进技术推动新型空间运输系统发展,多类型、长寿命的空间推进技术保障深空关键应用等未来应用需求。研究认为,我国空间推进技术领域面临系统可靠性和寿命亟需进一步提高、部分领域的产品成熟度与国际先进水平差距明显、产品成本高、可选推进技术种类少且重点技术研究滞后等迫切挑战,需开展顶层规划、优化技术选择,重视基础研究、构建发展机制,在重点技术方向上分类推进科研攻关,尽快实现低轨小卫星、地月空间转移、深空探测(含载人航天)用推进系统的技术突破与在轨应用。

离子推力器碳基材料栅极研制与应用现状及启示

离子推力器是广泛应用于空间航天任务的电推力器之一,栅极在离子推力器中承担着引出离子并加速进而实现推力的作用,直接影响推力器性能及寿命。相比于传统钼栅,碳基栅极具有热膨胀系数低、耐离子溅射高等优势,是未来高比冲、大推力、长寿命离子推力器栅极的理想候选材料,已被国外部分先进离子推力器成功在轨应用。分析对比了不同栅极材料特性,调研总结了国内外碳基栅极研制过程及技术特点,并报道了作者近期在小口径不同构型C/C栅极与一体化C/C栅极研制方面的相关进展,最后针对我国离子电推进发展趋势,提出了后续碳基栅极研究的经验启示与建议。

ECRIT等离子体特性数值模拟分析

针对航天器推进系统电子回旋共振离子推力器(ECRIT)电离效率易受放电室结构参数和工作参数影响,主要技术参数之间存在耦合不能单独优化的问题,文章采用多物理场仿真软件开展数值模拟,利用自适应函数细化电子回旋共振(ECR)区网格法提高仿真精度,探究不同磁路结构参数、工质气体、天线构型、微波功率对ECR推力器性能的影响规律,使电子在ECR区能够获得最大能量,经部分试验验证(微波输入功率和工质气体对放电影响),结果表明:磁环间距、内磁环-波导小端面距离和磁体高度对ECR区的分布影响较大,磁体宽度的影响较小;氙气的电子数密度高于氩气;L型天线电子密度和功率沉积高于杆天线;电子数密度和碰撞功率损耗随着入射微波功率增大而增大,可为ECR推力器设计提供参考。

工质流量对ECR离子源束流影响研究

栅格进气道电子回旋共振(electron cyclotron resonance,ECR)离子源推进剂供给压强低、无阴极,有应用于吸气式电推进系统的潜力。流量对离子源的束流影响显著,当流量超过临界流量时,离子束流的增长受到抑制。为明晰限制离子束流增长的根本原因,开展不同流量下氮工质栅格进气道ECR离子源的Langmuir探针诊断实验,并基于诊断结果计算了寻常(ordinary,O)波截止区和电子获能指标的分布。研究结果表明,当流量低于临界流量时,随着流量增加,离子密度快速增加,限制离子束流增长的主要因素是中性气体密度。当流量超出临界流量时,O波截止区几乎覆盖整个等离子体产生区域,这导致电子能量获取效率下降了一个数量级。此时,限制离子束流增长的主要因素转变为电子温度。

磁场对电子回旋共振中和器等离子体与电子引出影响的数值模拟

10 cm电子回旋共振离子推力器(ECRIT)的ECR中和器是关键部件,其内部磁场是影响中和器性能的重要因素.磁场的均匀性和磁阱位置是磁场特征的重要表现,制约等离子体与电势的分布规律、电子引出过程及中和器性能.本文分别建立磁场均匀性低、磁阱位于电子引出孔上游和磁场均匀性高、磁阱位于电子引出孔下游的ECR中和器PIC/MCC模型,在给定参数条件下,开展等离子体和电势分布规律及电子引出过程的数值模拟研究并分析其对中和器性能的影响.结果表明,磁场均匀性高、磁阱位于电子引出孔下游时,中和器内整体电势分布较均匀,电子容易朝磁阱区迁移,低引出电势引出高电子束流,其性能高于磁场均匀性低、磁阱内置的中和器.研究工作将为发展高性能的ECR中和器奠定重要基础.

离子发动机栅极材料差分溅射产额分布特性仿真

针对离子发动机栅极溅射原子空间分布不明确导致栅极腐蚀模型预测偏差大的问题,采用SDTrimSP程序模拟离子轰击栅极材料的溅射过程;系统研究离子入射能量、入射角度以及离子种类对钼栅极材料差分溅射产额的影响。发现正入射条件下的差分溅射产额仿真结果与实验具有较好的一致性。重点关注斜入射条件下差分溅射产额在不同方位角下的分布轮廓,并通过Modified-Zhang公式对差分溅射产额进行拟合,以拟合结果作为材料边界条件输入溅射腐蚀—再沉积模型,较为真实地模拟了栅极材料的腐蚀过程。以上研究可为离子发动机栅极组件腐蚀形貌的精确预测提供参考。

空间超高比冲推进技术综述

比冲是衡量空间推进系统效率的核心指标,持续提高比冲是空间推进技术发展的永恒追求,以木星以远行星际探测为代表的复杂宇航任务对空间推进系统提出达到超高比冲的要求。系统梳理了超高比冲空间推进的主流技术路线,从静电加速机制、电磁场加速机制、新型推进剂加速机制以及新能源加速机制等方面阐述了实现超高比冲的技术途径,分析了提升比冲的关键技术,给出了超高比冲技术发展建议,展望了超高比冲技术的应用前景,为超高比冲技术突破提供参考。

热电子阴极单晶LaB_(6)制备工艺及发展研究

单晶六硼化物LaB_(6)具有优异的热电子发射性能和化学稳定性,是空间用热电子阴极发射源的理想材料,具有优良的发射效率及寿命。随着空间电推进系统高功率、长寿命的航天任务的实施,大尺寸、低成本、高纯度单晶LaB_(6)制备技术研究显得愈发重要。在调研国内外LaB_(6)基体研制技术的基础上,结合单晶LaB_(6)主流制备技术,针对我国空间电推进应用需求,分析了晶体制备过程中存在的关键技术及难点,提出开展空间用单晶LaB_(6)工程化研制的初步建议。

宇航电推进产品多余物防控的认识与实践

多余物预防与控制是宇航产品研制生产中的重点与难题,是电推进产品实现批量稳定生产的基础。通过分析电推进产品的特性、设计结构及应用条件,识别多余物来源及对产品可能造成的危害,确定出产品实现全过程的多余物防控环节及控制、检测手段,并在多个规格的通用产品上进行了实践。该项研究成果可作为后续新开发电推进产品多余物防控的依据,以及其他同类产品多余物防控的参考。

电推进产品管理模式研究与实践

空间电推进系统是将工质气体电离,通过复杂电磁场将离子加速喷出而产生推力的先进推进系统,具有载荷比高、推力精确控制等优点,是国际上最先进的推力器之一,是衡量卫星先进性的重要标志。采用电推进系统已成为提升航天器整体性能与技术水平的重要手段,美国、俄罗斯等航天强国在20世纪90年代中期已实现电推进系统在航天器中的应用,取得了显著的经济效益和社会效益。兰州空间技术物理研究所作为国内电推进系统产品的主要研制单位,研制开发的各规格产品已成功实现在轨应用。

面向深空探测的30cm离子推力器寿命预估

为评价30 cm离子推力器的寿命,提出了有限寿命考核结合栅极仿真模型的推力器寿命预估方法,利用粒子-蒙特卡洛(PIC-MCC)方法建立了栅孔溅射腐蚀模型,开展了30 cm离子推力器寿命预估研究,分析了栅孔刻蚀速率、单孔电场及离子引出特性,给出了30 cm推力器寿命预估值。结果表明,栅孔直径仿真与实测值一致性较好,误差在20%以内,基于每个寿命小节栅孔实测值对模型的修正是有效的;根据仿真结果,10000 h寿命考核后,减速栅最先失效,30 cm离子推力器在最大功率(3 kW)工况下预估寿命为37540 h,能够满足小天体探测任务对电推进系统的长寿命需求。

溅射靶对离子推力器的热辐射影响研究

为了研究真空环境设备内溅射靶温度升高后对30 cm离子推力器的热辐射影响,采用有限元分析的方法,首先对真空舱内的离子推力器羽流分布进行了模拟,在获得羽流对溅射靶造成的温度变化后,进一步分析了溅射靶温度升高对离子推力器温度以及栅极热形变位移所造成的影响。仿真结果显示,推力器羽流可采用定向分子流模型进行描述,羽流在真空舱内的扩散过程中几乎没有能量损失;30 cm离子推力器工作时真空舱内大部分区域的气体压强在2×10^(-3)~6×10^(-3)Pa;在溅射靶影响下,推力器加速栅和屏栅中心温度分别为352℃和440℃,边缘温度分别为342℃和411℃,屏栅和加速栅的间距缩小量由无溅射靶影响时的0.560 mm增加到0.585 mm;试验结果显示,加速栅和屏栅边缘温度分别为364℃和385℃,与仿真结果的比对误差均为6%,溅射靶后部羽流气体的温度测试值高于计算值约50℃,误差主要由于模拟中忽略了羽流粒子的能量沉积效应。

高功率空间电推进技术发展研究

面向未来深空探测、空间货运等空间任务对具有牛级大推力、数千秒比冲、数万小时寿命等性能高功率电推进技术的应用需求,通过调研对比分析的方式,详细论述了国内外高功率电推进技术的发展现状和趋势,并针对具体技术路线给出了展望。从高功率电推进技术发展和工程应用的角度,总结梳理了磁场拓扑结构设计与优化、系统效率提升、地面性能诊断测试与评价、高热防护及抑制、空间高压大电流电源、系统集成设计及智能化控制等共性技术难点,为国内高功率电推进技术的发展进步提供参考和帮助。

智慧旅游技术应用专业人才供需分析与对策研究

在调研22所高职院校与63家用人单位的基础上,从行业需求与人才供给两方面分析智慧旅游技术应用专业的人才需求、能力结构与课程设置情况。研究发现:智慧旅游技术应用专业人才需求旺盛,供需匹配度较高,但不同企业的人才需求存在结构化差异;受访院校的人才培养面向与课程类型丰富,侧重于智慧旅游市场营销与旅游企业智慧化管理方向,尚未建立特色化的人才培养模式,面向高端产业与岗位的竞争力不足。优化复合型特色化人才培养定位、打造科技赋能型项目化课程、推进产业科技教学化改造与强化教师数字化培育,是智慧旅游技术应用专业走向成熟的有力支撑。

双源CT冠状动脉成像与冠状动脉造影对照的初步研究

目的评价双源CT(DSCT)冠状动脉成像对冠状动脉狭窄诊断的准确性。方法分析2007年7月—11月间32例临床怀疑或确诊冠心病的患者(男23例,女9例,平均年龄56.2岁)DSCT冠状动脉成像检查和冠状动脉造影(CAG)的资料,以冠状动脉造影结果为金标准探讨DSCT冠状动脉成像检出冠状动脉狭窄病变的准确性。结果32例中,DSCT显示的冠状动脉直径≥1.5mm的节段有436个,431个冠脉节段可以进行评估,可评估率为98.85%。DSCT发现冠状动脉狭窄的敏感性:99.17%(119/120),特异性:97.43%(303/311),阳性预测值:93.70%(119/127),阴性预测值:99.67%(303/304)。对于冠状动脉狭窄检出的准确率为95.00%。配对χ2检验结果说明DSCT和CAG两种检查方法在诊断冠状动脉狭窄病变上差异没有统计学意义(P=0.077)。同时,Kappa一致性检验说明DSCT和CAG两种检查方法在诊断冠状动脉狭窄分级方面存在一致性(κ=0.930)。结论DSCT对检出冠状动脉狭窄准确性高,可作为高危人群冠心病筛查的首选方法。

基于可变指数及L1保真项的图像去噪算法

全变分(TV)模型采用了梯度的1范数作为正则化约束,它能够沿着梯度方向较好地保护图像的边缘信息,但在图像较均匀区域,容易产生"阶梯"效应。利用梯度的可变指数函数作为正则化项,提出TV模型的改进模型,该模型既保持TV模型保护图像边缘信息的优点,又可以明显地减少非边界区域"阶梯"效应的产生,同时把u-f的1范数作为数据保真项增强了模型修复图像破损部分的能力。