典型推进器在高性能舰船中的应用

推进器是舰船实现航行的核心设备,而推进器的选择又是影响舰船战斗力的核心要素之一。该文以高性能舰船装备与技术发展为切入点,概述了典型推进器的发展现状,聚焦推进系统与舰船总体之间的相互关系,从舰船多工况变化、高航速、低噪声等要求对推进技术发展的影响,以及特种螺旋桨推进、喷水推进等推进器技术对舰船性能的提升这两方面进行系统分析。文中以某600 t执法平台与瑞典海军某舰艇为研究对象,基于实船和模型试验数据,对比了采用螺旋桨推进器和喷水推进器对舰船阻力性能、操纵性能和噪声的影响,并结合国内高性能舰船发展现状,面向舰船总体性能提升需要,展望了推进器技术的未来发展。

40cm离子推力器功率宽范围工作实验研究

深空探测任务要求太阳能电推进系统具有大推力、高比冲特性,同时随着航天器离开太阳距离的增加,太阳能效率快速降低,要求电推进系统具备功率宽范围高效工作能力。为了研究兰州空间技术物理研究所研制的40cm离子推力器功率宽范围工作能力,从实验角度研究了1~10k W 40cm离子推力器的工作性能及其变化规律。通过对离子推力器工作参数和性能的分析与计算,依据功率调节方法确定了40cm离子推力器1~10k W多模式工作点电参数;通过阴极流率优化和放电损耗优化实验确定了多模式工作点最佳供气参数。在设计确定的电参数和实验确定的供气参数下,开展了1~10k W调节实验,获取了40cm离子推力器的工作性能及其变化规律。实验结果表明:40cm离子推力器可在1~10k W内稳定工作,推力42~336m N,比冲2174~4389s,效率41%~72%;随功率增加效率增高,当功率大于2.5k W时效率大于63%。

适用于30cm离子推力器的5kW电源处理单元设计

为了满足更大范围的卫星应用需求,我国正在研制30cm离子推力器。30cm离子推力器瞄准全电推进卫星平台、近深空探测器对推进任务的需求,对提高卫星平台先进性和提升国际竞争力具有重要的意义。为了配合30cm离子推力器的研制,同时设计了输出功率达到5kW的电源处理单元。该设计实现了一种输出功率为1kW的模块,通过串联组合可以达到输出5kW功率要求,提出了一种"最佳"的平顶变换及软开关的全桥电路拓扑,达到了95%的转换效率,同时还能容易实现屏栅电源的N+1冗余设计。并且通过高压组件的完全灌封,有效提高产品的可靠性。

离子推力器高效高可靠性屏栅电源设计

为了进一步提高离子推力器的可靠性和使用寿命,采用6个电源模块串联输出的方法设计了高效高可靠性的屏栅电源试验样机,每个模块采用全桥LLC谐振变换器,并对屏栅电源模块的性能、打火时开关管的瞬态电流应力分别进行了测试研究。结果表明:屏栅电源模块采用全桥LLC谐振变换器,可以实现零电压开通零电流关断,整个电源的转换效率提高到96.9%;单个电源模块输出电压为210V,电源模块内部没有>250V的交流电压峰值,简化了高压绝缘设计的难度;变换器初级较大谐振电感的限流作用使得推力器出现打火时,开关器件瞬态电流仅为40A。该设计能有效提高屏栅电源的效率和可靠性,可以应用于小行星探测等深空探测航天器的电推进系统。

多级会切场推力器振荡特性模拟研究

目前多级会切场推力器(High Efficiency Multi-Plasma Thruster,HEMPT)数值模拟研究采用的主要手段是全粒子(Paticle In Cell,PIC)模拟方法,但是这种全粒子模拟对计算机的要求较高,因此文章通过建立HEMPT的一维流体模型,再现HEMPT的振荡现象,对放电电流和等离子体参数之间的关联性及等离子体参数分布规律进行研究。沿着两条典型的电子传导路径,利用MATLAB中Simulink模块建立一维流体模型。结果分析表明,推力器内部等离子体参数的振荡周期与放电电流振荡周期一致。推力器的主电离区在两个磁尖端之间,电势降主要集中在出口附近。

1682A重型卧车加装推进器的设计改造

在重型卧式车床上加装推进器可以极大地提高机床加工内孔的效率,因有大量百吨级电站空心主轴产品加工需求,但是现有的大多数深孔钻床不具备大功率、大扭矩、高效率的特点,无法保证产品的交货工期。为解决生产瓶颈,经充分讨论研究后决定对1682A型重型卧式车床进行相应设计改造,加装推进器装置。