基于环境工质的超低轨吸气式螺旋波电推进器仿真分析

为考察超低轨道高度环境下吸气式螺旋波电推进的可行性,基于180 km超低轨道高度环境工质,开展吸气式螺旋波电推进器的仿真模拟。进行以原子氧为工质,综合考虑碰撞、激发、电离等过程,通过13.56 MHz射频加热,由磁喷口完成推力输出全流程的仿真模拟。建立特定形态吸气式螺旋波电推进结构模型,结合不同功率的输入,分析功率沉积、等离子体参数分布和推力输出。结果表明,输入功率从200 W增加至2000 W的过程中,推力从6.00 mN增加至13.23 mN,能够满足0.226 mN的阻力补偿要求,可为超低轨吸气式电推进航天器设计提供参考。

超低轨吸气式螺旋波电推进概念研究

文章提出一种超低轨卫星飞行轨道维持新概念——吸气式螺旋波电推进技术,将轨道残余大气作为螺旋波电离的工质,通过螺旋波加速电子形成的电双层加速离子产生推力,维持卫星在超低(180~260 km)轨道的长时间运行。吸气式螺旋波电推进的核心技术是采用收缩进气道与螺旋波电推进一体化结构,利用螺旋波电离产生的前向逃逸等离子体在进气道中形成预电离鞘层区,部分电离气体的密度扰动以离子声速向下游传播,导致进气道内不再出现激波界间断面,进入收缩进气道的气体被高效收集到螺旋波电离放电管,电离加速形成推力,来维持超低轨卫星的长时间在轨运行。

全尺寸全空域高超声速等效模拟器原理及概念设计

利用螺旋波电离加速并获得轴向速度约为5-10 km/s的等离子体束流,再经过电荷交换产生等速的定向高速气流。采用多束并联的工作方式模拟高速中性气流环境,实现对约0.5-3 m^2的整个高超声速飞行器横截面积的覆盖,每一束气流的横截面积约为0.031 4 m^2,其密度在1015-1021 m^-3范围可调。基于多束并联工作原理的模拟器称之为全尺寸全空域等效模拟器,能够用于高超声速飞行器的气动力学、气动加热等的地面研究,所获得的测量数据更加符合实际飞行状态,也可以解决缩比模型实验的相似性原理差异等技术难题。

分离式垂直方向充退磁线圈数值仿真研究

针对航天器充退磁试验对简便快捷的垂直方向充退磁设备的需求,文章提出一种分离式垂直方向充退磁线圈结构,避免了安装过程中复杂的接插工序,可有效缩短试验时间。通过理论计算说明了分离式充退磁线圈结构与现有设备的等效性,利用磁仿真平台建立了线圈结构模型,并对其充退磁特性以及由于结构改变带来的磁场均匀性误差进行了仿真分析,充分验证了理论计算的正确性。

螺旋波电推进羽流电磁矢量控制的原理性验证

推进器羽流的电磁矢量控制是基于电磁位形的改变使得喷射的羽流改变方向。为了原理性验证电推进羽流电磁矢量控制技术,针对螺旋波电推进器,开展了磁场位形调制仿真设计和试验验证。说明了电磁矢量调制线圈能够改变磁场位型,并且在试验过程中验证了等离子体羽流随磁场位型变化而产生的羽流方向偏转。在周期性磁场调制过程中,验证了等离子体密度参数随之周期性涨落。螺旋波电推进羽流方向最大偏转角度60°,可控偏转频率15 Hz,说明了电推进羽流电磁矢量控制的可行性。