参数变化对低功率电弧发动机性能和稳定性的影响

设计了一种功率低于500 W以下的电弧加热发动机的结构和实验系统,采用氮气作为推进剂,系统地测试了该电弧加热发动机在不同工况下的性能参数,并分析了发动机关键尺寸参数和主要工况参数对发动机性能和稳定性的影响,总结得到了稳定工作参数和规律。

阳极结构对电弧加热发动机性能和稳定性的影响

为了解决电弧加热发动机在低功率和低流量下工作稳定性差导致性能下降的问题,以氮气为推进剂,比较了两种阳极结构对发动机性能的影响,采用原有阳极结构,在低功率时推力比冲性能较差,在低流量时效率较低;而在收缩段采用绝缘体代替原有钨阳极的新结构后,可使发动机的推力、比冲和热效率等性能和稳定性均有明显提高,说明通过阳极结构的改进可以人为控制弧点位置,对于低功率电弧发动机性能具有较大的影响。

低功率氮气电弧加热推力器稳定性的实验研究

电弧加热推力器的稳定性是关系到推力器可靠性和寿命的关键问题。在分析影响稳定性的各种因素基础上,对传统低功率氮气电弧加热推力器进行性能测试,并总结了影响推力器稳定工作参数的原因,通过改进推力器的阳极结构,人为地将阳极弧点位置约束在扩张段,在工作稳定性和烧蚀方面获得了明显改善。

再生冷却电弧加热发动机性能研究

采用再生冷却技术设计了一种新型电弧加热发动机。介绍了发动机的本体结构、实验系统、参数测量系统及小推力测量系统。采用氩为推进剂,在真空室中进行了发动机的性能实验。电弧加热发动机的比冲大约为1372～1764m/s,其比冲随流量的增大而减小,随功率的增大而增加;发动机效率大约为30%～57%,其效率随流量的增大而增大,随功率的增大而减小。

低功率电弧加热发动机的热效率

低功率电弧加热发动机的比冲较小，提高发动机效率对于低功率电弧加热发动机的成功应用十分重要。该文在原有电弧加热发动机基础上进行改进，设计了覆盖发动机阳极的环形空腔，形成再生冷却通道。实验中采用氩为推进剂，在典型工况下将发动机的比冲和效率与原电弧加热发动机进行对比。当发动机的工作电流从4A增大至12A时，原发动机的比冲为980～1323Ns／kg，新发动机比冲为1450～1627Ns／kg。相同工况下，原发动机效率为21％～23％，新发动机效率为32％～53％。实验结果说明再生冷却技术能显著提高低功率电弧加热发动机的效率。