电弧加热发动机的实验研究

介绍一种低功率电弧加热发动机系统的实验研究。该系统包括电源，点火系统，推进剂供给系统，发动机本体和一些测量设备。用氮和氩对不同的喷口喉道直径（０．６ｍｍ～１ｍｍ），不同的质量流率（２０ｍｇ／ｓ～１００ｍｇ／ｓ），不同的电源电压（８０Ｖ～１５０Ｖ）进行了性能研究。所有试验都是在直径为１ｍ，长为１．

氢-氮电弧加热推力器运行参数与性能

采用氢气和氮气的摩尔比r在1.0-2.0范围的混合气体作为推进剂，实时检测电弧加热推力器运行中的弧电流、弧电压、人口压力、真空室压力、质量流量和喷口温度等工作参数，研究了比功率、r和质量流量对推力器产生的推力、比冲和推力效率的影响。实验结果表明，同时增加混合气体的质量流量和r能有效提高推力器的推力；较高的r能获得高的比冲和效率，尤其是比冲随着r的提高明显地单调上升。

氮氢混合气电弧加热发动机的性能试验

概述了用自制的脉宽调制电源供电 ,以氮氢混合气 (模拟肼的分解产物 )作推进剂的电弧加热发动机性能试验的情况及初步结果。试验表明 :自制的脉宽调制电源工作稳定 ;在混合气作推进剂的情况下 ,DHSL- 1和 DHSL- 2发动机可以正常运行 ,但由于发动机的高温密封性能不好 (漏气 ) ,测得的性能数据偏小。

电弧加热发动机地面试验(Ⅱ)发动机电特性分析

分析了电弧加热发动机放电等离子体物理特性和其对电源输出特性的要求,采用恒流控制并叠加电压正反馈,实现电源输出外特性的正斜率控制,保证了发动机电弧达到高电压工作模式和电弧工作的稳定性。通过地面试验,给出了发动机工作的电参数对发动机工作性能的影响。

一种用于大功率电弧加热器的等离子电弧模型

基于著名的电弧黑盒模型—麦也尔电弧模型(Mayr arc model)和克西电弧模型(Cassie arc model),提出了一种改进的等离子电弧模型。在原模型基础上,丰富了电弧模型参数,使模型不仅能反映大功率直流电弧加热器稳定工作时的电气特性,还能反映加热器工作时弧室中气流量变化对电弧的影响。本文还对麦也尔电弧模型和克西电弧模型之间的过渡函数展开了讨论,以提高电弧模型的准确性。在Matlab/Simulink仿真环境中,采用S函数编写电弧模型,并以恒流输出的18脉晶闸管整流桥带电弧负载为例,对电弧加热器电源系统进行模拟仿真。经与实际电弧加热器对比,验证该模型能较为准确地描述等离子电弧的动态特性和静态特性。

一种电弧加热推进器推力测试架

设计制作了采用悬臂梁结构的微小推力测试架。通过标定、真空测试、温漂检验和实测应用,证实其可用于电弧加热推进器推力性能的测量。

电弧加热器试验条件下端头烧蚀外形计算

对电弧加热器试验条件下端头的烧蚀外形进行了仿真计算 ,考察了碳 碳端头烧蚀外形随来流条件的变化规律 。

电弧加热发动机尾流的光谱诊断

电弧加热发动机是一种为航天器提供机动和控制推力的装置。由于比冲远高于传统的使用化学推进剂的发动机 ,近年来 ,电弧加热发动机引起了愈来愈多的关注。为了了解电弧加热发动机的工作过程机理 ,讨论了电弧加热发动机尾流的诊断方法并设计了一套光谱诊断系统。在此系统上 ,以氩气为工作气体 ,设定气流量和电流 ,在模拟空间环境下对电弧加热发动机尾流的光谱信号进行了采集。实验结果表明系统具有较高的信噪比 ,可以忽略噪音对光谱信号强度的影响 ,采集到的数据能够真实地反映物理过程。通过对采集到的谱线强度信号进行分析和处理 ,得到了尾流中氩的谱线发射系数的径向分布 ,并进一步得到了尾流平均激发温度的径向分布。实验结果表明电弧加热发动机的尾流处在热力学非平衡态下 ,因而用谱线强度法测温时选用不同的谱线 ,得到的温度值是不同的。

电弧加热发动机羽流电子温度的探针诊断

电弧加热发动机(Arcjet)由于其比冲远高于传统的使用化学推进剂的发动机,近年来引起了愈来愈多的关注。文章建立了一套在真空环境下利用静电探针诊断技术测量Arcjet羽流电子温度的实验装置, 并且对以氩气为工质的 Arcjet 的羽流进行了测量, 得到了羽流电子温度的轴向和径向分布情况, 以及电子温度随电弧电流和工质流量变化的趋势。实验结果表明Arcjet羽流轴线处的电子温度远大于重粒子温度。

超燃冲压发动机电弧加热器试验流场调试

利用电弧加热器提供超燃冲压发动机地面模拟试验的纯空气流场,需要在前电极与喷管之间由冷气混合室加入冷气以降低电弧加热气体的焓值;为了较为准确地获得流场的总温参数,采用了总温探针对流场总温900～1600K进行了校测,总温的测量值与计算的焓值、流量匹配法计算的总温进行了对比,结果表明:总温越高,测量值与计算值相差越大,在名义总温1600K时达到了450K,笔者分析了产生的原因.

小功率电弧加热发动机地面试验(Ⅰ)NH_3推进剂试验和分析

介绍了以NH3为推进剂的小功率电弧加热式发动机模拟空间环境的地面试验,测量了发动机工作性能参数。通过对工作参数优化,达到发动机高比冲的工作状态,并重点分析了推进剂流量对发动机性能的影响。研究结论为N2H4推进剂的试验提供了依据。

1kW级肼电弧加热发动机工程样机研究

为了满足静止轨道卫星及中低轨道卫星降低重量、延长寿命的需要,北京控制工程研究所近年来开展了电弧加热发动机的研究工作,目前正在进行1kW级肼电弧加热发动机工程样机的研制。介绍了1kW级肼电弧加热发动机工程样机研制工作的进展情况。该项研制工作的目标是:完成电弧加热发动机的设计、加工和500h寿命试验。预期发动机功耗为1kW左右,比冲为4.5～5.5N.s/g,推力为75～150mN。目前已经完成了第一轮的发动机设计、加工和性能测试工作。出于安全性的考虑,目前的测试暂时是用N2和NH3的混合气体模拟肼进行的,测试获得了发动机的比冲、推力、效率等数据。在模拟肼的流量为18～30mg时,发动机的推力为100～150mN,比冲在5N.s/g左右,满足设计指标要求。预期采用单组元肼作为推进剂后,比冲将有所提高。

电弧加热射流O_2激光诱导荧光技术温度测量

采用ArF准分子激光器作为激发光源来激励O2 Schumann Runge带系(B3Σ-u←X3Σ-g)193.3nm附近的转动吸收谱线,用紫外光电倍增管探测该带系256nm附近的荧光信号,建立了ArF准分子激光器O2激光诱导荧光流场测试系统。在建立O2单带测温模型和软件的基础上,利用Schumann Runge带系(10,2)带的荧光信号、测量了氧氩混合电弧加热射流的径向温度分布。结果表明:我们建立的ArF准分子激光器O2 LIF测试系统是成功的。

电弧加热流场湍流度对尖锥边界层转捩影响的研究

电弧加热流场的热环境特性直接影响热防护系统的地面试验数据,由于电弧加热器高温气流和参数波动的原因,直接测量湍流度非常困难。为研究电弧加热流场湍流度对于边界层转捩的影响,采用红外热图热像仪,在电弧加热流场中进行了5°尖锥模型边界层转捩研究。结合数值计算,将试验结果与常规风洞的尖锥边界层转捩结果进行了比较。结果表明:马赫数影响的雷诺数转捩判别准则可以用于计算电弧加热流场的转捩雷诺数;电弧加热流场的尖锥边界层转捩雷诺数显著小于常规风洞的转捩雷诺数,表明在该试验条件下,电弧加热流场的湍流度显著大于常规风洞。

低功率电弧加热发动机的实验研究

进行了一种低功率电弧加热发动机 (Arcjet)的实验研究 .介绍了发动机的结构尺寸和材料选择 .实验系统包括真空模拟系统 ,供电系统 ,推进剂供给系统 ,参数测量系统和发动机本体 .在真空环境下 ,用氩作推进剂 ,得到了不同工况下发动机的性能参数 .

金属薄板等离子电弧加热弯曲成形实验

为了研究金属薄板等离子电弧加热弯曲成形的规律及机理,采用等离子电弧沿直线来回对1Cr18Ni9Ti和Q235薄板进行加热弯曲成形实验.结果表明,随着等离子电弧在薄板上扫描次数的增加,其弯曲角度近似呈线性增大;在一定范围内热输入越大(如减小扫描速度、减小电弧长度、增加电弧电流等),板材厚度越小,薄板的弯曲角度越大;在较低的热输入下等离子电弧加热弯曲成形使晶粒细化,有利于改善薄板受热区域显微组织的机械性能;成形过程中存在残余应变强化,受热区域硬度提高;等离子电弧加热弯曲成形还可以降低机械加工引起的残余应力,有效减少回弹.

电弧加热器驻点烧蚀/侵蚀试验技术

介绍了在电弧加热器试验设备上进行复合材料烧蚀/侵蚀试验技术,通过改进电弧加热试验设备和粒子播发系统,将石墨粒子均匀注入到高压混合室中,与高温空气混合后经过超声速粒子加速喷管形成烧蚀/侵蚀试验流场,对驻点模型进行试验,同时建立了相应流场参数的测试、计算方法。并对C/C和含钨C/C防热复合材料的抗粒子侵蚀性能进行了初步研究。结果显示有粒子流场的均匀性和重复性较好,能满足材料的烧蚀/侵蚀考核试验要求,且含钨C/C材料的抗粒子侵蚀性能高于C/C材料。

电弧加热发动机参数的测量技术

介绍了光谱辐射法、激光诱导荧光法、静电探针法等接触式和非接触式测量技术 ,以及电子温度、重粒子温度、羽流速度等参数的测量 ,并对其结果进行了分析与论证 .实践证明 ,激光技术的应用为准确了解流动过程的细节提供了可能 。

电弧加热设备的类型及趋势(英文)

介绍了现有的应用于航天领域的电弧加热设备类型,包括叠片、管弧或渦稳、磁稳、感应以及磁等离子动力加热器。描述了主要的设备,同时对电弧加热设备的发展趋势进行了介绍。

电弧加热发动机温度和速度的测量

本文着重介绍光谱辐射法、激光诱导荧光法、静电探针法等接触式和非接触式测量技术在电弧加热发动机 (Arcjet)参数测量中的应用。讨论了电子温度、重粒子温度、羽流速度等参数的测量 ,并对一些结果进行了分析与论证 ,指出非热力学平衡态下不同的测量技术测量的是不同的温度指标。从测量技术的发展来看 ,激光测量技术将成为参数测量的主导技术。