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LIPS-200离子推力器放电室原初电子动力学行为的数值模拟研究 被引量:10
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作者 陈娟娟 张天平 +2 位作者 刘明正 贾艳辉 孙安邦 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第1期155-160,共6页
为了得到试验测量不到的气体放电过程中电磁场作用下单个原初电子的动力学行为,建立了LIPS-200离子推力器放电室二维仿真模型,应用网格粒子法(PIC)和蒙特卡洛碰撞(MCC)模拟法对其进行了研究。模拟得到在额定工况下原初电子和中性... 为了得到试验测量不到的气体放电过程中电磁场作用下单个原初电子的动力学行为,建立了LIPS-200离子推力器放电室二维仿真模型,应用网格粒子法(PIC)和蒙特卡洛碰撞(MCC)模拟法对其进行了研究。模拟得到在额定工况下原初电子和中性原子之间的碰撞概率、原初电子损耗率、电磁场分布对其运动速度及运动轨迹的影响等。结果表明磁铁表面磁感强度最大,越靠近放电室内部磁感强度越小,对称轴区域无磁场分布,原初电子在电磁场作用下沿磁力线作加速螺旋运动;运动等离子体的自洽电势大小范围仅为0~2.0V,几乎不会影响等离子体运动;对应总原初电子个数为1.2×106时直接被阳极表面吸收的损耗率仅为0.02%。 展开更多
关键词 lips-200 离子推力器 放电室 原初电子 PIC/MCC数值模拟
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LIPS-200离子推力器束流模型及其应用 被引量:12
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作者 张天平 李小平 +1 位作者 陈继巍 唐福俊 《真空与低温》 2011年第3期136-139,165,共5页
建立了基于测量数据基础的LIPS-200离子推力器束流模型,给出了模型中积分发散问题的解决方法。应用模型计算了LIPS-200推力器中远场束流分布,给出了束流发散角、推力修正因子、南北位保推力器安装角等应用实例。
关键词 束流 数学模型 离子推力器 lips-200
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LIPS-200离子推力器放电室出口离子密度分布研究 被引量:1
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作者 龙建飞 张天平 +2 位作者 吴辰宸 李娟 贾艳辉 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第5期1194-1200,共7页
为了明确国内200 mm口径离子推力器放电室出口(即栅极上游附近)离子密度径向分布,采用实验与数值仿真相结合的方法对LIPS-200推力器放电室出口离子密度进行研究。应用法拉第筒分别测试推力器栅极下游50mm和100mm位置处束流特性,结合经... 为了明确国内200 mm口径离子推力器放电室出口(即栅极上游附近)离子密度径向分布,采用实验与数值仿真相结合的方法对LIPS-200推力器放电室出口离子密度进行研究。应用法拉第筒分别测试推力器栅极下游50mm和100mm位置处束流特性,结合经验模型计算出栅极出口(z=0mm)束流离子径向分布。在此基础上,通过栅极数值模拟仿真,分析出栅极系统透过率随栅孔电流变化关系,进而反推计算出放电室出口离子密度径向分布。结果显示:放电室出口离子密度平均值约为9.0×10^(17)m^(-3),最大值约为1.54×10^(18)m^(-3),最小值约为4.6×10^(17)m^(-3);离子密度径向分布具有较好的中心轴对称性,离子密度从中心处沿着径向先缓慢减小,在径向位置约为50mm时出现快速下降;对比放电室出口与栅极出口离子密度径向分布发现,中心位置两者相差最大,边缘处相差最小。 展开更多
关键词 lips-200推力器 离子密度分布 法拉第探针 数值计算
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基于LIPS-200电推进系统在GEO卫星平台上的布局研究 被引量:4
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作者 刘坤 邹爽 +1 位作者 王江永 许宏岩 《真空与低温》 2014年第1期23-28,共6页
根据基于LIPS-200电推进系统组成和主要技术指标,结合平台构型和约束条件,通过分析研究确定了一种用于南北位置保持、可根据有效载荷承载需求进行选配的布局方案。该方案满足设备安装、管路焊接、热控实施、系统检漏、地面测试等方面的... 根据基于LIPS-200电推进系统组成和主要技术指标,结合平台构型和约束条件,通过分析研究确定了一种用于南北位置保持、可根据有效载荷承载需求进行选配的布局方案。该方案满足设备安装、管路焊接、热控实施、系统检漏、地面测试等方面的要求,并在平台初样电性星和结构星上进行了验证。理论计算表明,在卫星起飞质量、服务寿命不变的情况下,配置电推进系统时平台的有效载荷承载质量可提高约42.8%,因此具有良好的经济效益。 展开更多
关键词 电推进 卫星平台 布局 lips-200
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Analysis of Numerical Simulation Results of LIPS-200 Lifetime Experiments 被引量:5
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作者 陈娟娟 张天平 +4 位作者 耿海 贾艳辉 孟伟 吴先明 孙安邦 《Plasma Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第6期611-616,共6页
Accelerator grid structural and electron backstreaming failures are the most important factors affecting the ion thruster's lifetime.During the thruster's operation,Charge Exchange Xenon(CEX) ions are generated fr... Accelerator grid structural and electron backstreaming failures are the most important factors affecting the ion thruster's lifetime.During the thruster's operation,Charge Exchange Xenon(CEX) ions are generated from collisions between plasma and neutral atoms.Those CEX ions grid's barrel and wall frequently,which cause the failures of the grid system.In order to validate whether the 20 cm Lanzhou Ion Propulsion System(LIPS-200) satisfies China's communication satellite platform's application requirement for North-South Station Keeping(NSSK),this study analyzed the measured depth of the pit/groove on the accelerator grid's wall and aperture diameter's variation and estimated the operating lifetime of the ion thruster.Different from the previous method,in this paper,the experimental results after the 5500 h of accumulated operation of the LIPS-200 ion thruster are presented firstly.Then,based on these results,theoretical analysis and numerical calculations were firstly performed to predict the on-orbit lifetime of LIPS-200.The results obtained were more accurate to calculate the reliability and analyze the failure modes of the ion thruster.The results indicated that the predicted lifetime of LIPS-200's was about 13218.1 h which could satisfy the required lifetime requirement of 11000 h very well. 展开更多
关键词 lips-200 ion thruster accelerator grid structural failure electron backstreaming failure LIFETIME
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Investigation into the thermal effect of the LIPS-200 ion thruster plume 被引量:1
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作者 Xinwei CHEN Bijiao HE +7 位作者 Zuo GU Hai GENG Ning GUO Yong ZHAO Kai SHI Kai TIAN Tao CHEN Yifan MA 《Plasma Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第7期23-34,共12页
The distribution of the thermal effects of the ion thruster plume are essential for estimating the influence of the thruster plume, improving the layout of the spacecraft, and for the thermal shielding of critical sen... The distribution of the thermal effects of the ion thruster plume are essential for estimating the influence of the thruster plume, improving the layout of the spacecraft, and for the thermal shielding of critical sensitive components. In order to obtain the heat flow distribution in the plume of the LIPS-200 xenon ion thruster, an experimental study of the thermal effects of the plume has been conducted in this work,with a total heat flow sensor and a radiant heat flow sensor over an axial distance of 0.5–0.9 m and a thruster angle of 0°–60°. Combined with a Faraday probe and a retarding potential analyzer, the thermal accommodation coefficient of the sensor surface in the plume is available. The results of the experiment show that the xenon ion thruster plume heat flow is mainly concentrated within a range of15°. The total and radial heat flow of the plume downstream of the thruster gradually decreases along the axial and radial directions, with the corresponding values of 11.78 k W m^(-2) and 0.3 k W m^(-2) for the axial 0.5 m position, respectively. At the same position, the radiation heat flow accounts for a very small part of the total heat flow, approximately 3%–5%. The thermal accommodation factor is0.72–0.99 over the measured region. Furthermore, the PIC and DSMC methods based on the Maxwell thermal accommodation coefficient model(EX-PWS) show a maximum error of 28.6% between simulation and experiment for LIPS-200 ion thruster plume heat flow, which, on the one hand, provides an experimental basis for studying the interaction between the ion thruster and the spacecraft, and on the other hand provides optimization of the ion thruster plume simulation model. 展开更多
关键词 lips-200 ion thruster plume thermal effects thermal accommodation factor PIC-DSMC
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基于等效磁路的LIPS-200离子推力器磁场特性
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作者 胡竟 蒋成保 +3 位作者 张天平 孟伟 高俊 赵蓁 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第7期1551-1557,共7页
以放电室阳极振荡电压和放电损耗的最小化为目标,结合正交试验方法,获得了性能提升后可实现长期稳定工作的LIPS-200离子推力器最佳磁路结构与磁场构型。基于此,运用等效磁路方法,采用有限元离散形式,建立了LIPS-200离子推力器放电室磁... 以放电室阳极振荡电压和放电损耗的最小化为目标,结合正交试验方法,获得了性能提升后可实现长期稳定工作的LIPS-200离子推力器最佳磁路结构与磁场构型。基于此,运用等效磁路方法,采用有限元离散形式,建立了LIPS-200离子推力器放电室磁场模型,研究了特定空间排布下电磁体的永磁体替代方案。利用放电室磁感应强度测试和整机工作性能对比验证了永磁体替代方案的等效性及分析方法的可行性和计算结果的正确性。结果表明:两种磁场状态下的推力器放电室特征位置磁感应强度相对误差低于5%,且推力器工作敏感参数变化情况符合预期,满足磁路等效目标,达到磁路结构再优化,工作性能再提升的整体目标。 展开更多
关键词 lips-200离子推力器 等效磁路 有限元模型 永磁体 试验验证
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20cm口径离子推力器寿命模型及评估 被引量:4
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作者 周志成 王敏 +2 位作者 仲小清 陈娟娟 张天平 《真空科学与技术学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第9期1088-1093,共6页
为了系统地分析LIPS-200离子推力器交换电荷(CEX)离子对加速栅壁面的轰击溅射腐蚀机理,本文针对该推力器栅极系统最关键的两种磨损失效模式,即加速栅结构失效和电子反流失效,利用数值模拟Paritle-in-cell(PIC)和Monte-Carlo collision(M... 为了系统地分析LIPS-200离子推力器交换电荷(CEX)离子对加速栅壁面的轰击溅射腐蚀机理,本文针对该推力器栅极系统最关键的两种磨损失效模式,即加速栅结构失效和电子反流失效,利用数值模拟Paritle-in-cell(PIC)和Monte-Carlo collision(MCC)方法,仿真模拟了束流引出过程中CEX离子的产生、加速及引出过程,得到了主束流离子空间位置分布、静电势分布、CEX离子分布和对应的密度分布。同时,采用数值仿真计算和理论分析相结合的方法对栅极寿命进行了评估。计算结果显示在现有几何结构和工作电参数一定的情况下,LIPS-200离子推力器栅极系统能很好地引出束流离子,无CEX离子直接轰击到加速栅壁面,程序统计到的整个栅极系统加速栅壁面截获的CEX离子电流约为9.76×10-4A。证明了加速栅电流的主要来源是冲击到壁面的CEX离子,计算得到的加速栅电流与束流电流比例为0.122%。LIPS-200离子推力器栅极寿命为11230.1 h,其对应的关键失效模式为加速栅结构失效。 展开更多
关键词 lips-200离子推力器 交换电荷碰撞 栅极失效 寿命
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离子推进系统用于GEO卫星南北位保使命的能力与效益 被引量:23
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作者 张天平 田华兵 孙运奎 《真空与低温》 2010年第2期72-77,共6页
离子电推进系统LIPS-200由兰州物理研究所研制。在考虑卫星质量和卫星服役期限,以及离子电推进系统LIPS-200的系统配置、系统干重、推力器工作性能等关键因素的基础上,分析了LIPS-200系统用于GEO卫星南北位保(NSSK)使命的能力与效益,给... 离子电推进系统LIPS-200由兰州物理研究所研制。在考虑卫星质量和卫星服役期限,以及离子电推进系统LIPS-200的系统配置、系统干重、推力器工作性能等关键因素的基础上,分析了LIPS-200系统用于GEO卫星南北位保(NSSK)使命的能力与效益,给出了实现与卫星匹配的分析计算方法和具体的算例。结果表明,LIPS-200能够满足我国所有GEO卫星NSSK使命需求。 展开更多
关键词 离子电推进系统 南北位保 能力 效益 lips-200
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