等离子发动机安装结构拓扑优化设计

针对等离子体发动机安装结构,研究了静力学和动力学条件约束下结构拓扑优化的设计思路和方法。首先,通过模态仿真分析原结构存在的缺点,寻找结构改进方向;然后,应用拓扑优化设计方法得到满足设计要求的最佳结构构型;最后,充分考虑结构装配工艺性要求,采用拓扑优化和尺寸优化相结合的方法得到实用的工程最优方案。对比原结构方案,优化方案质量减轻10.8%。在静承载方面,优化结构最大位移减少61.1%,支撑刚度大幅增强;最大应力减少1.4%,结构上的应力分布更加均匀,平均应力降低。在动承载方面,优化结构上下偏摆和左右偏摆的振动模态明显改善,结构1~6阶振动频率提升了5%~39.8%;优化结构在随机振动载荷下的RMS应力值和损伤降低,疲劳寿命显著提升。优化后结构的性能提升验证了设计方法的正确性和有效性。

磁等离子发动机超导附加线圈的电磁特性分析

在工程应用上提供附加场的传统水冷铜线圈存在体积大、质量大、电耗高等显著缺点,因此体积小、质量小的高温超导磁线圈在附加场的磁等离子发动机(Applied-Field MagnetoPlasmaDynamic Thruster,AF-MPDT)中的应用受到了广泛关注。文章为满足0.2T的大孔径中心磁场需求,对内径160mm、高度30mm、材料为Bi-2333/Ag的三层双饼高温超导线圈进行了电磁特性试验研究。基于电输运法原理建立了高温超导线圈的临界电流测试系统,测量了不同层级和有无铁板情况下的线圈临界电流I_C。试验发现,不同层级的临界电流I_C最大有12%的差别,以中间层的I_C值最大;聚磁铁板对线圈电磁特性具有正面影响,最高能将I_C值提升42%。文章也开展了超导磁线圈电磁场仿真分析,研究了铁板尺寸和位置对线圈电磁特性的影响,得出了优化的聚磁铁板设计方案。

稳态等离子发动机

本文介绍了稳态等离子发动机(Stationary Plasma Thruster—SPT)的发展历史、系统组件及所使用的推进剂情况,并给出了两种俄罗斯热过程研究所研制的 STP 的一些主要性能参数和设计要点。

等离子发动机开启太空新纪元

欧空局近期已证实了一种新太空推进器的原理，新推进技术可比现今电推进技术提供更强大的推力。这个概念颇具独创性，是从极光获得的启发。当太阳风（由太阳释放的带电等离子）撞击地球磁场时，双层等离子形成分界线。每层有不同的电性，可以加速一些太阳风粒子穿越整个边界，使其与地球大气冲撞产生极光。事实上，两个等离子层就像瀑布静电层，水分子在两个不同高度时降落时汇聚能量，带电粒子在穿越不同电介质层时也获取能量。

采用磁等离子发动机实现超高温石墨化工艺

针对市场对高性能碳基新材料的迫切需求,尤其是第四代半导体基材、锂离子电池负极材料、复合材料等对超高密度、超高纯度炭材料的需求,开展中间相炭微球超高温石墨化处理工艺及装备研究。基于深空探测领域应用的磁等离子体动力发动机技术,开展了基于强磁高密度超高温等离子体电磁场耦合加速及调控、大功率分时分级电源启动控制、真空超高温高效率中间相炭微球石墨化工艺制造、高效能稳定连续运作标准化研究。应用磁等离子体动力发动机进行MCMB超高温石墨化处理试验表明:应用超高温等离子体技术进行石墨化处理,可获得石墨化程度较高、微观结构特性优异的碳素材料。基于深空探测领域应用的磁等离子体动力发动机技术,真空下可迅速达到3000℃的高温,十分钟内便可实现毫米级中间相炭微球的高质量石墨化,此种应用在国内尚属首例。实现了中间相炭微球石墨化过程所需的超高温度、高效率和工业智能化控制,制备出具备超高密度、超高纯度的材料,对提升我国新材料工艺制造装备的整体技术水平有重大实际意义。

磁等离子体发动机中磁喷管分离过程的流体模拟

磁等离子体发动机在深空探测、载人航天等领域具备广阔的应用前景.发动机的磁喷管单元将离子能量转化为轴向动能,对磁喷管中等离子体与磁场分离的物理过程开展研究对提升发动机推进效率具有重要意义.本文建立了针对磁等离子体发动机中磁喷管的流体数值模型,并在不同入口离子温度、背景磁场条件下开展了数值模拟.计算结果表明:等离子体向下游运动的过程中轴向速度增大,并与磁力线逐渐分离,绝热性损失分离机制在分离过程中起主导作用;入口离子温度升高,离子轴向速度增大,离子与磁场分离位置更靠上游,但不会对阻性分离过程产生影响;背景磁场增强,下游离子速度减小,流线与对称轴的夹角减小,各种分离机制中绝热性损失分离机制仍起主要作用.

磁等离子体发动机的多流体模拟

磁等离子体发动机(magnetoplasma rocket engine,MPRE)的离子回旋共振加热(ion cyclotron resonance heating,ICRH)单元将射频能量直接耦合给离子,是发动机的工质加热单元,其加热效果对发动机推力性能有关键影响。为探究ICRH单元的工作规律,建立了用于模拟MPRE的二维轴对称多流体模型,并采用该模型对MPRE中螺旋波等离子体源与不同输入的ICRH单元进行了模拟。计算结果表明:螺旋波等离子体源在放电过程中由于沉积功率分布发生变化而不断经历模式转变过程,模式转变时电子温度出现峰值,等离子体密度迅速上升;开启ICRH输入后,电子参数基本不变,离子温度有明显提升,表明ICRH单元对离子有明显加热效果,且增加输入电流幅值与输入电流匝数均可显著提高离子温度,实现发动机高比冲工作模式。

磁等离子体发动机中离子回旋共振加热多组分流体模拟

离子回旋共振加热(Ion Cyclotron Resonance Heating,ICRH)单元的加热效果对磁等离子体发动机(Magnetoplasma Rocket Engine,MPRE)的推力性能有至关重要影响。为研究ICRH的加热效果,本文建立了用于模拟MPRE中ICRH单元的二维轴对称多组分流体模型,并采用该模型对MPRE中螺旋波等离子体源的工作模式与不同输入条件的ICRH单元进行了模拟。计算结果表明:螺旋波等离子体源在放电过程中要经历从Trivelpiece-Gould (TG)波模式向螺旋波模式的转变过程,模式转变时电子温度出现峰值,等离子体密度迅速上升;开启ICRH输入后,电子参数基本不变,离子温度有明显提升,表明ICRH单元对离子有显著加热效果;此外,离子温度随ICRH输入增大而升高,ICRH输入电流150A时,离子温度可达50eV以上。

俄罗斯等离子体发动机的研究和应用

一、历史的回顾 等离子体发动机是电火箭发动机家族中的一种重要类型。原苏联是世界上最先开展电火箭研究的国家。 早在1903年,俄国学者齐奥尔科夫斯基就提出了利用电磁现象可以产生推力这一概念。1929争1933年间,由瓦连金·格鲁什柯主持,研制出了第一台电火箭发动机——脉冲型电热推力器。之后很长一段时间电推力器发展迟缓。1957年第一颗人造卫星发射成功,开辟了人类探索和利用空间的新纪元,也促进了电火箭的发展。到了60年代。

小功率电弧等离子体发动机试验及性能分析

电弧等离子体发动机 (Arcjet)因其高比冲、高推力 功率比等特点成为当前国际上电火箭研究和应用的热点。介绍了小功率Arcjet实验研究系统的主要组成 ,分析了实验方案 ,对 4种不同结构尺寸的发动机进行了性能实验 ,给出初步的发动机工作性能参数及实验结果分析。实验结果表明小喷管喉径及氮作为推进剂的发动机性能较好。所得结论对小功率Arcjet发动机的优化设计具有参考价值。

小功率电弧等离子体发动机试验及性能研究

电推进技术已应用于航天的多个领域 ,电弧等离子体发动机 (Arcjet)因其高比冲、高推力 /功率比以及大的推进剂选择范围等特点成为当前国际上电火箭研究和应用的热点。文章总结小功率 Arcjet实验及性能研究 ,介绍了实验研究系统的主要组成 ,给出初步的发动机工作性能参数及实验结果分析。

稳态等离子体发动机磁场设计的发展及其展望

论述了稳态等离子体发动机对于我国空间发展战略的重要意义和作用,指出磁场设计是提高稳态等离子体发动机性能的关键技术之一;分析了稳态等离子体发动机通道内磁场设计的发展过程,在此基础上提出了用于稳态等离子发动机磁场设计的体系化构想,并且指出了其中存在的一些关键问题和拟采取的解决措施以及磁场体系化设计对稳态等离子体发动机带来的预期效益和影响;最后展望了稳态等离子体发动机磁场设计体系的进一步发展和应用。

小功率电弧等离子体发动机实验数据采集系统

介绍了小功率电弧等离子体发动机的实验装置及数据采集系统 ,阐述其结构组成及工作过程 ,重点介绍了发动机工作推力、电流和电压的测量原理 ,并对数据采集系统的硬件配置、性能及软件的编制的原则、方法作了主要说明 ,给出典型实验所测结果 .测量结果准确反映了实验工作过程 .

磁等离子体发动机中离子回旋共振天线参数优化

磁等离子体发动机(Magnetoplasma Rocket Engine,MPRE)的离子回旋共振加热(Ion Cyclotron Resonance Heating,ICRH)单元中射频天线是能量注入元件,其参数直接影响能量耦合效率。为优化ICRH天线参数,建立了ICRH中粒子模拟(Particle In Cell,PIC)计算的缩比准则,以缩比PIC模型对ICRH单元进行了仿真计算,分析了天线位置、天线构型、天线输入频率对加热效果的影响,并在30kW MPRE样机上进行了羽流离子能量诊断实验。研究结果表明:天线起始位置位于0.125m (仿真中2.5mm)处加热效果最佳,左旋天线优于右旋天线,双带天线优于单带天线,四分之一扭转天线优于二分之一扭转天线,天线参数优化后离子能量升高到优化前的5.35倍;在螺旋波源功率4kW,ICRH功率8.0kW下,羽流诊断实验中离子能量达50.23eV,表明能量已成功耦合到等离子体中,天线优化方案有效。

新型等离子态水燃发动机获专利

一种新型的等离子态水燃发动机已获得专利。该专利是一项借助改进后的发动机来实现的新能源技术，利用发动机的余热产生水蒸气。其工作原理为：在燃烧室安置1只或多只水蒸气等离子弧喷嘴，将水蒸气电离成超商温氢氧离子直接参与混合气的化学反应，用水大比例代替燃料，其机体外部除必须裸露的部位外全部用定型保温材料包裹．并于各受热面背后设置冷却水道或套，利用本机废热产生水蒸气抽送喷嘴电离，

硅谷创企研发水等离子体发动机

曾创办了俄罗斯小卫星制造商道里亚宇航公司的航天业投资人科科里奇，是正在专心研发水等离子体推进技术的硅谷创企——莫门图斯（Momentus）公司的创始人和总裁。

微波等离子燃烧发动机面世

日本IMAGINEERING公司展出了“微波等离子燃烧发动机”．燃效有望提高10％左右。

NASA正在攻克等离子体发动机的关键技术

NASA约翰逊航天中心与MSE技术应用公司同意在开发先进火箭技术方面开展合作,目标是把去火星的飞行时间缩短一半。飞行时间的缩短有助于减少宇航员在飞往火星的行程中遇到的诸如曝露于太空辐射。

放电回路电感补偿对发动机回路振荡影响

在稳态等离子发动机（Stationary Plasma Thruster，简称SPT）工作过程中存在频率范围为1-100kHz的低频振荡，振荡幅值较大，对strr性能有明显的不良影响，强的低频振荡甚至会导致发动机熄火，因此减轻放电振荡坏的影响是很有必要的。本文仅针对最简单的滤波器——电感滤波器，通过实验与仿真研究发现了电感补偿对振荡影响的规律：随着电感增大电流振荡降低而电压振荡增加，且电流振荡变化存在一个60～90mH的突变区间，又观察了振荡与相位差和频率的关系，随着电感增大振荡频率降低而电流与电压的相位差增大。以上规律在以往的参考文献中从来没有详细阐述过。

脉冲等离子电火箭技术及其应用

本文简要介绍脉冲等离子电火箭的工作原理及其在国外的研究和应用情况