低功率平面型霍尔推力器的工作特性研究

为了解决低功率霍尔推力器存在的寿命问题,本文设计了一种平面型霍尔推力器。该推力器取消了内部放电通道,前壁和阳极在同一平面,电离和加速过程完全发生在推力器外部的开放空间中。推力器在0.6~1.0 mg/s的氙气流量下,实现稳定放电。本文实验研究了不同运行参数下推力器的阳极电流特性、推力特性和羽流束流特性。结果表明,阳极电流的振荡频谱主要集中在20~60 kHz,与常规霍尔推力器的呼吸振荡频率范围相似。在62~245 W的功率下,推力为3.2~10.5 mN,阳极效率为8%~22%。推力水平与同功率等级的传统霍尔推力器相当,而阳极效率偏低。利用法拉第探针获得离子的束流特性,结果表明:较低的羽流发散效率是造成目前推力器阳极效率偏低的主要因素。结合实验结果,分析了平面型霍尔推力器与传统霍尔推力器在离子加速方面的差异。本文设计的平面型霍尔推力器为解决霍尔推力器的壁面侵蚀问题提出了一种可能的方案。

离子推力器放电腔内等离子体流动规律的全粒子模型

为了详细描述等离子体在放电腔内的产生、演化过程,建立了放电腔内部等离子体流动的二维轴对称全粒子数值模型。在考虑壁面二次电子发射影响的前提下,模拟得到了稳态后放电腔内电磁场、电子与离子数密度,电流密度等一系列参数分布,且与相关实验数据进行了比较,吻合较好。模型得到了实验中难以观测到的放电腔内等离子体的产生、演化过程以及稳态下的分布规律,合理解释了放电腔工作的基本原理。

离子推力器羽流特性的粒子模拟

采用粒子网格单元和蒙特卡罗碰撞方法,建立了离子推力器羽流场的2维轴对称模型,对其特性进行了数值模拟,并将模拟结果与实验测量数据进行了对比分析。研究结果表明:数值模拟结果与实验测量值基本一致,模型可以很好地评估离子推力器的羽流特性;返流区离子数密度达到1014m-3量级,会对航天器表面产生污染;背压对束流区域外电荷交换离子影响较为显著,不可忽略。

霍尔效应推力器羽流的PIC/MCC模拟(英文)

采用粒子网格单元与蒙特卡洛碰撞相结合的方法，建立霍尔效应推力器羽流的二维轴对称模型。模型中电子作为流体处理且服从等熵假设，离子（Xe＋和Xe2＋）采用粒子描述，中性原子为背景气体。自洽电势通过求解非准中性、线性化Poisson方程获得。模拟结果与实验数据相比较表明，模型能够可靠预估羽流的物理特性；粒子入射发散角为30°-40°时模拟结果与实验数据吻合较好；倒流区离子数密度可达10^14m^-3，会对飞行器表面造成损害；且等离子体密度和电子温度沿轴线方向衰减很快。

流注放电低温等离子体中电子输运系数计算的蒙特卡罗模型

流体或者粒子-流体混合数值仿真是研究流注放电基本物理机制的常用手段,而精确的电子输运系数是保证其仿真正确性的必要前提.鉴于现有电子输运系数求解工具存在一定缺陷,本文开发了采用蒙特卡罗方法求解低温等离子体中电子输运系数的仿真工具,测试表明其准确性和精确度均较高.研究了氮氧气体混合比及大气压下三体碰撞吸附对电子输运系数的影响.氮气中流注放电仿真表明,流体仿真中采用本模型改进后的电子输运系数可显著改善流注通道内部的等离子体参数分布.

准中性等离子体模拟中的两种渐近保持PIC算法研究

针对准中性无碰撞等离子体的Vlasov方程及与其相耦合的求解电势的Poisson方程所组成的Vlasov-Poisson系统,提出了两种渐近保持PIC算法,并将其运用到一维周期性波动等离子体模型上。与传统PIC算法相比较,两种渐近保持PIC算法解决了Vlasov-Poisson系统多尺度参数中的小量束缚问题,时间和空间步长的选取可以克服传统粒子模型中等离子体周期及德拜长度的限制,且模拟结果稳定正确,大大提高了计算效率。

新生期小鼠卡介苗接种后免疫因子的增龄性变化

目的检测卡介苗免疫后小鼠脑组织匀浆液和血清中细胞因子的变化,为进一步研究新生期卡介苗接种影响小鼠中枢神经系统神经发生的分子机制研究做准备。方法实验分1周、2周、3周3个时间点,将新生24 h内的SPF级C57BL/6小鼠随机分为卡介组和对照组,每组12只,分别在新生24 h内背部皮下注射卡介苗和PBS。分别在生后1周、2周、3周采用摘眼球法采血,之后冰上无菌取海马组织并匀浆。用ELISA酶联免疫吸附法,分别测各时间点各实验组小鼠脑组织匀浆和血清中的IL-1β、IL-4、IL-10和TNF-α含量。结果 (1)与对照组相比,接种后1周、2周、3周时,卡介组小鼠海马中细胞因子IL-4和IL-10均多于对照组(P<0.05),血清中IL-4多于对照组(P<0.05);IL-10在第1周和第2周多于对照组(P<0.05)。与对照组相比,接种后1周、2周、3周时,卡介组小鼠海马中细胞因子IL-1β和TNF-α均少于对照组,血清中TNF-α少于对照组;IL-1β在第1周和第2周于对照组(P<0.05)。(2)同一时间点海马中的细胞因子含量远多于血清中含量。(3)随时间的推进,海马和血清中IL-4和IL-10有降低趋势;而小鼠海马和血清中IL-1β和TNF-α有增加趋势。结论新生期接种卡介苗成功后,可致小鼠海马和血清中的细胞因子浓度发生动态改变:与对照组相比,海马和血清中IL-4和IL-10的含量升高,且随时间有下降趋势,但IL-1β和TNF-α的含量降低,且随时间有增加趋势。

渐近保持PIC算法在等离子体粒子模拟中的应用

针对准中性Vlasov-Poisson系统中多尺度物理参数共存的问题开展研究,采用渐近保持格式推导出与Vlasov方程相耦合的Poisson方程。数值模拟了一维等离子体在真空中的膨胀,比较了渐近保持PIC算法与传统PIC算法模拟结果的异同。结果表明:两种算法在满足多尺度中小尺度量限制的前提下,其结果保持高度一致;且在克服小尺度量束缚时,渐近保持PIC算法依然可以正确地模拟等离子体的物理行为,大大节省了计算时间。

基于场致二次谐波的大气压脉冲流注放电时变非均匀电场测量研究

诊断大气压脉冲流注放电空间电场是实现流注放电精准调控和揭示等离子体不稳定性机制的重要基础。基于场致二次谐波的空间电场测量方法具有非侵入式、时空分辨率高等优点。然而,流注放电时变非均匀电场对二次谐波信号产生过程的影响规律尚不完善,真实电场标定系数随流注放电不同阶段的变化规律尚不清晰。该文首先计算二次谐波信号产生规律和电场空间分布的影响;然后,基于等离子体流体模拟,分析二次谐波信号对流注放电不同阶段时变非均匀电场的敏感程度;最后,基于纳秒脉冲激光场致二次谐波电场测量平台,实验获得了重频脉冲作用下组合电极结构产生的单根负流注轴向电场演变规律,分析脉冲重复频率对空间电场的影响机制,并针对流注放电时变非均匀电场特点提出电场致二次谐波测量优化若干建议。

大气压氩气介质阻挡放电特性的一维粒子仿真

介质阻挡放电(DBD)是产生低温等离子体的一种常见放电方式。本文建立了大气压下氩气DBD的一维PIC/MCC模型,采用了粒子自适应权重(APM)以及基于OpenMPI的并行计算策略,考虑了带电粒子在介质板上的积累以及复合反应。本文针对频率500 kHz,幅值电压3 kV正弦电压激励下放电的时空演化特性进行仿真研究,得到了其汤森放电、辉光放电等阶段中的放电特征,研究了电压幅值、气隙间距、介质板介电常数等参数对放电特性的影响。

毛细管型脉冲等离子体推力器研究现状综述

毛细管型脉冲等离子体推力器是一种高性能微型电推进系统。它利用放电电弧在腔体内部烧蚀管壁材料,材料消融产生的等离子体在压力梯度下加速喷射产生推力。毛细管型脉冲等离子体推力器具有结构简单,可靠性高,输出参数可调节范围宽的特点。与传统脉冲等离子体推力器相比,在低功率条件下,其推功比和总体效率有较大提升,在微小卫星领域具有较好的应用前景。毛细管型推力器研究包括推力器结构设计、关键部件及电源研制、工作机制研究、工作特性诊断、性能参数优化等,本文调研了日本、美国、德国等研究机构的相关研究成果,并对毛细管型脉冲等离子体推力器的研究现状进行评述。

电动帆平行双导线鞘层特性与受力分析

太阳风等离子体与偏压导线电场间的相互作用是电动帆推力器的基本工作机理.采用二维粒子模拟方法分别对垂直入射和斜入射太阳风等离子体与平行双导线间的动量传递过程开展数值模拟,对比分析了不同条件下耦合电场及偏转离子的运动轨迹及其对动量传递的影响.结果表明:偏压导线的高电势会在导线附近形成离子空洞并向下游扩展;两根导线间由于鞘层相互影响而形成离子阱结构,减速、滞止、反射部分离子;在1 kV的导线偏压和太阳风垂直入射条件下,两根帆导线受力约为30 nN/m;随着导线间距增大,离子阱中约束离子数量表现出先增大后减小的趋势,电动帆推力亦随之先增大后减小;太阳风斜入射情况研究,首次从等离子体动力学仿真出发,确定了电动帆推力受帆姿态影响,可分为沿太阳风方向的水平推力和垂直太阳风方向的升力两个分量;明确了升力与俯仰角α的关系,当电动帆导线平面顺着太阳风方向右倾时,升力小于0,而当电动帆导线平面逆着太阳风方向左倾时,升力大于0;明确了推力角θ变化趋势和范围,随俯仰角α的增大呈现出先减小后增大的非线性变化趋势,大小为-40°<θ<40°.研究结果明确了电动帆的推力矢量及其随姿态的变化,对电动帆航天器轨道动力学的优化设计提供了重要参考.

腔体结构参数对毛细管放电型脉冲等离子体推力器放电特性的影响

毛细管放电型脉冲等离子体推力器在微纳卫星在轨机动应用中具备良好的发展前景.本文系统研究了单次放电能量5 J条件下,不同毛细管腔体尺寸参数对推力器能量沉积特性、烧蚀特性、输出推力参数和等离子体羽流参数的影响规律.实验结果表明,增大毛细管腔体内径会显著降低放电电流密度,减小沉积能量和等效功率;增大腔体长度有助于提升能量传递效率.腔体结构尺寸变化影响单位面积沉积能量和管壁温度,进而改变烧蚀特性.当毛细管内径从1 mm增加至3 mm时烧蚀质量显著下降,随着腔体内径的进一步增大,等效烧蚀质量近似不变;烧蚀质量随毛细管长度的增加持续增大,但单位面积烧蚀质量不断下降.推力器元冲量取决于烧蚀质量与其等效速度,烧蚀特性的差异进一步影响腔体内等离子体密度和等效压强,影响等离子体电热加速过程.毛细管腔体内径和长度的不断增加,使得加速过程滞后于放电和烧蚀过程,作用于加速过程的电弧沉积能量比例降低,降低推力器等离子体喷射速度,元冲量减小,比冲降低,总体效率下降.结合总体效率传递模型分析,毛细管内径对推力器效率的影响主要体现在能量传递效率方面,毛细管长度变化主要影响等离子体电热加速效率,优化推力器总体效率需要从能量沉积效率和加速效率两方面入手.

微空心阴极放电推力器性能研究

微空心阴极放电推力器是一种新颖的电热式微推力器,利用纳卫星提供的1-10 W的功率可提高微推进装置的性能。为了预示该推力器的性能,结合实验中测量的气体温度值和火箭发动机原理,初步计算得出微放电推力器的推力范围为几十至上千μN,以氩气为工质比冲量级为600-1 000 N·s/kg,以氦气为工质比冲量级为3 000 N·s/kg。研究结果表明,微空心阴极放电较小的尺寸结构与强烈并可控的气体加热相结合,可以开发应用在电热式微放电推进中,作为微小卫星,尤其是纳卫星和皮卫星的动力系统。

电推力器等离子体喷流对航天器通讯电磁波信号衰减效应

采用时域有限差分法计算了不同特性电推力器等离子体喷流对不同频率通讯电磁波的衰减系数,采用空间透射波法进行了微波等离子体推力器喷流对C波段电磁波衰减的地面测试实验。理论计算和实验诊断结果表明：电推力器等离子体喷流对电磁波的衰减系数随着电磁波频率的升高逐渐减小,随着喷流等离子体频率的升高近似线性增大,随着喷流等离子体碰撞频率的增大呈先增大后减小的趋势;当喷流中等离子体数密度为0.9×10^16-1.8×10^16m^-3时,C波段电磁波的衰减系数为1.5-6.0 dB,电推力器等离子体喷流对通讯信号的衰减效应不可忽略。

发育早期和成年大鼠背侧纹状体内CRF轴突终末的分布和变化

目的：探讨背侧纹状体（dorsalstriatum）内促肾上腺皮质激素释放因子（CRF）阳性轴突终末和CRF表达的分布特征及年龄变化。方法：采用免疫组织化学、原位杂交、免疫印迹和体视学分析方法，观察分析出生后第1～21日龄（P1-21）及成年（P90）大鼠背侧纹状体内的CRF轴突终末及CRF蛋白含量。结果：背内、背外侧纹状体内含大量CRF轴突终末，背外侧纹状体内的CRF轴突终末更为丰富。这些终末集中位于纹状体的尾部区域，与纹状体主要神经元形成典型的环胞体支配。和成年比较，发育早期（P1—14）背侧纹状体内CRF轴突终末的密度较高（p〈0．05），CRF蛋白表达量以P7组相对最高（P〈0．05）。结论：发育早期背侧纹状体内富含CRF轴突终末，提示CRF是影响纹状体神经元生长发育的因子之一。

轴承结构参数的随机性对轴承刚度灵敏度的影响

采用拉丁超立方抽样确定了角接触球轴承结构参数的样本点,通过Powell和Newton-Raphson相结合的算法计算了非线性方程组,将计算得到的轴承刚度的响应值应用Kriging法进行响应面拟合.利用M onte Carlo随机抽样法确定了轴承结构参数的均值和方差对轴承刚度均值的灵敏度.研究结果表明:轴承轴向和径向刚度对轴承结构参数的均值和方差的灵敏度呈现相反的影响趋势.轴承刚度对轴承滚动体直径的变化反应最灵敏,轴承内、外圈沟道曲率半径的变化对其影响次之,外沟道直径的变化对其影响最小.该研究为轴承的结构参数和加工精度的选择及零件的分选提供了理论依据.

空气中沿面流注放电表面电荷分布特性的仿真研究

绝缘子表面积聚的电荷会畸变电介质表面电场进而引发沿面闪络。为研究空气氛围中绝缘介质表面在沿面流注放电发展过程中动态电荷积聚情况,在自主开发的二维流体沿面放电仿真模型中增加化学反应体系,模拟了正负极性沿面放电在起始及发展过程中流注自身特性以及介质表面电荷分布特性的演化过程。研究发现施加电压为负极性时,介质表面始终累计负电荷,沿面流注头部累积电荷量极高,流注头部后方界面处电场极性反转,正离子向介质表面运动;施加电压为正极性时,沿面流注头部累积正电荷,尾部电子朝介质表面扩散,介质表面总电荷量为负值。

应激相关的突触可塑性

下丘脑室旁核小细胞广泛接受谷氨酸能（glutamatergic）和γ-氨基丁酸能（GABAergic）神经终末，并在其胞体形成突触连接。应激可以影响这些突触连接并改变其可塑性，而导致下丘脑-垂体-肾上腺轴（HPA轴）的应激反应能力发生变化。

早期应激影响C57幼鼠发育的短期实验研究

目的 探讨生长发育阶段,早期应激影响C57幼鼠发育的短期实验研究。方法 利用早年生活应激的动物模型干预C57BL/6J母鼠与其幼崽,观察经出生后第2天给予持续早期的慢性应激的C57BL/6J幼鼠,并于第9日龄（P9）、3周龄（P21）时间点检测P 2~9 d幼鼠体质量增加情况;在P 2~9 d期间,每日相同时间段监测1 h内母鼠与幼崽的哺乳情况,幼崽离巢时间及母鼠离巢的次数;在P9、P21日清晨,C57BL/6J幼鼠称质量后颈椎脱臼牺牲幼鼠,分离幼鼠全脑、胸腺及双侧肾上腺并称质量。结果 1经早期慢性应激刺激的C57BL/6J幼鼠,1h观察时间内,每笼至少1只幼崽离巢时间明显高于正常喂养同龄组幼鼠（P〈0.05）,相同观察时间内母鼠出巢的次数明显高于对照组（P〈0.05）,而1 h观察时间内,母鼠-幼崽的哺乳时间差异无统计学意义（P〉0.1）;2经早期慢性应激刺激组幼鼠,在P 2~9 d体质量增加明显低于正常喂养组（P〈0.05）,在P9和P21 d,应激组幼鼠的胸腺与体质量比明显低于非应激组（P〈0.05）,而双侧肾上腺与体质量比差异无统计学意义（P〉0.05）。结论 发育早期的慢性应激可诱导C57小鼠胸腺过早萎缩。