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Experimental investigation of the polarityswitching process with different bipolar ionic liquid thruster operating frequencies
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作者 吴湘蓓 杨铖 +1 位作者 罗嘉伟 沈岩 《Plasma Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第6期1-13,共13页
The bipolar ionic liquid thruster employs ionic liquid as a propellant to discharge positively and negatively charged high-energy particles under an alternating current(AC)power source,effectively suppressing electroc... The bipolar ionic liquid thruster employs ionic liquid as a propellant to discharge positively and negatively charged high-energy particles under an alternating current(AC)power source,effectively suppressing electrochemical reaction and ensuring charge neutrality.Determining an optimal AC supply power source frequency is critical for sustained stable thruster operation.This study focuses on the emission characteristics of the ionic liquid thruster under varied AC conditions.The AC power supply was set within the frequency range of 0.5-64 Hz,with eight specific frequency conditions selected for experimentation.The experimental results indicate that the thruster operates steadily within a voltage range of±1470 to±1920 V,with corresponding positive polarity current ranging from 0.41 to 4.91μA and negative polarity current ranging from−0.49 to−4.10μA.During voltage polarity switching,an emission delay occurs,manifested as a prominent peak signal caused by circuit capacitance characteristics and a minor peak signal resulting from liquid droplets.Extended emission test was conducted at 16 Hz,demonstrating approximately 1 h and 50 min of consistent emission before intermittent discharge.These findings underscore the favorable impact of AC conditions within the 8-16 Hz range on the self-neutralization capability of the ionic liquid thruster. 展开更多
关键词 space electric propulsion ionic liquid thruster bipolar operation mode FREQUENCY
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离子液体电喷推力器工作机理研究进展
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作者 陈宇翔 程玉峰 +3 位作者 张金瑞 张广川 汤海滨 王伟宗 《上海航天(中英文)》 CSCD 2024年第3期130-142,149,共14页
离子液体电喷推力器易于小型化,具有比冲高、推力精度高的特点,适用于微小卫星、太空引力波探测等领域,具有较大发展潜力。对电喷工作机理的认识与研究,不仅能够促进离子液体电喷推力器在工程中的应用,同时也为未来的进一步发展奠定基... 离子液体电喷推力器易于小型化,具有比冲高、推力精度高的特点,适用于微小卫星、太空引力波探测等领域,具有较大发展潜力。对电喷工作机理的认识与研究,不仅能够促进离子液体电喷推力器在工程中的应用,同时也为未来的进一步发展奠定基础。基于此,本文首先回顾了电喷推力器的发展历程及现状;其次以离子液体电喷推力器3个基础工作过程为出发点,对其锥射流形成及发射机理、束流模式及引出特性、羽流自中和机制进行了基础理论介绍与研究现状的总结;最后对离子液体电喷推力器未来的工作机理研究方向和工程应用发展方向提出展望。 展开更多
关键词 电推进 电喷推力器 离子液体 工作机理 锥射流
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Direct thrust test and asymmetric performance of porous ionic liquid electrospray thruster
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作者 Yuntao GUO Wei SUN +4 位作者 Zhenning SUN Zhiwen WU Jianwu HE Chao YANG Ningfei WANG 《Chinese Journal of Aeronautics》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第4期120-133,共14页
In order to meet the demand of CubeSats for low power and high-performance micro-propulsion system,a porous ionic liquid electrospray thruster prototype is developed in this study.1010 conical emitter arrays are fabri... In order to meet the demand of CubeSats for low power and high-performance micro-propulsion system,a porous ionic liquid electrospray thruster prototype is developed in this study.1010 conical emitter arrays are fabricated on an area of 3.24 cm^(2) by computer numerical control machining technology.The propellant is 1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate.The over-all dimension of the assembled prototype is 3 cm×3 cm×1 cm,with a total weight of about 15 g(with propellant).The performance of this prototype is tested under vacuum.The results show that it can work in the voltage range of±2.0 kV to±3.0 kV,and the maximum emission current and input power are about 355 lA and 1.12 W.Time of Flight(TOF)mass spectrometry results show that cationic monomers and dimers dominate the beam in positive mode,while a higher proportion of higher-order solvated ion clusters in negative mode.The maximum specific impulse is 2992 s in positive mode and 849 s in negative mode.The thrust is measured in two methods:one is calculated by TOF results and the other is directly measured by high-precision torsional thrust stand.The thrust(T)obtained by these two methods conforms to a certain scaling law with respect to the emis-sion current(I_(em))and the applied voltage(V_(app)),following the scale of T-Iem_(Vapp)^(0.5),and the thrust range is from 2.1 lN to 42.6 lN.Many thruster performance parameters are significantly different in positive and negative modes.We speculate that due to the higher solvation energy of the anion,more solvated ion clusters are formed rather than pure ions under the same electric field.It may help to improve thruster performance if porous materials with smaller pore sizes are used as reservoirs.Although there are still many problems,most of the performance parameters of ILET-3 are good,which can theoretically meet the requirements of CubeSats for micro-propulsion system. 展开更多
关键词 Asymmetric performance Direct thrust test ionic liquid electrospray thruster Time of flight mass spectrometry Torsional thrust stand
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离子液体电喷微推力器系统设计及性能初步研究 被引量:7
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作者 郭云涛 李世鹏 +4 位作者 武志文 朱康武 韩雨宁 孙振宁 王宁飞 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期212-219,共8页
为了研究发射电压和流量对离子液体电喷微推力器性能的影响,设计了一种主动供给型离子液体电喷微推力器,建立了推进剂供给系统、真空系统和飞行时间测试系统,首先对推进剂供给系统进行了流量标定,使用飞行时间法在不同流量和不同发射电... 为了研究发射电压和流量对离子液体电喷微推力器性能的影响,设计了一种主动供给型离子液体电喷微推力器,建立了推进剂供给系统、真空系统和飞行时间测试系统,首先对推进剂供给系统进行了流量标定,使用飞行时间法在不同流量和不同发射电压条件下对推力器进行测试,根据飞行时间曲线得出推力器的基本性能。试验证明推力器能够在真空环境中实现正负模式交替发射,得到了推进剂供应系统的流量变化范围和推力器性能随发射电压和流量的变化规律。结果表明该系统推进剂流量供应为100nL/s^500nL/s。发射电流均随发射电压和流量增加而增加,发射电流受发射电压的影响更加显著。推力器推力受发射电压影响较大而比冲受流量影响较大。在实验条件下推力器的推力为112μN^183μN,比冲为250s^315s,效率为77%~90%,表明推力器处于胶体发射模式。 展开更多
关键词 离子液体 电喷微推力器 流量 发射电压 比冲 推力
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离子液体电喷推力器羽流中和特性研究 被引量:2
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作者 孙振宁 武志文 +3 位作者 郭云涛 韩雨宁 孙国瑞 王宁飞 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期427-436,共10页
电推进装置的带电羽流会对航天器产生多种危害,为了降低离子液体电喷推力器带电羽流对航天器产生的潜在安全风险,需要对其进行羽流中和。根据离子液体电喷推力器的羽流自中和特性,提出了时间变化法和空间变化法,并对其进行了实验验证。... 电推进装置的带电羽流会对航天器产生多种危害,为了降低离子液体电喷推力器带电羽流对航天器产生的潜在安全风险,需要对其进行羽流中和。根据离子液体电喷推力器的羽流自中和特性,提出了时间变化法和空间变化法,并对其进行了实验验证。用时间变化法分析了单推力器的脉冲电压的频率、幅值和占空比对羽流中和特性的影响。以20Hz作为实验的条件,单推力器样机实现羽流中和的正负电压幅值比为0.95~0.98,在发射电压幅值分别为±2.2,±2.6,±3.0kV情况下,羽流中和时正电压占空比分别为35.5%,38.1%,40.4%。空间变化法中使用双推力器模块分析了电压幅值对羽流中和特性的影响。实验结果表明,两个推力器模块羽流中和时的正负电压幅值比为0.95~0.98,与时间变化法的实验结果基本一致,证明了两个推力器协同工作情况下羽流中和的可行性。 展开更多
关键词 离子液体电喷推力器 羽流 自中和 时间变化法 空间变化法
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离子液体电喷推力器的关键技术及展望 被引量:13
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作者 刘欣宇 康小明 +4 位作者 贺伟国 徐明明 郭登帅 杭观荣 李林 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第9期977-986,共10页
首先介绍离子液体电喷推力器的工作原理和分类,通过与其他相同推力量级的电推力器对比进一步分析了其特点,然后总结了离子液体电喷推力器的国内外研究现状,在此基础上重点梳理了微尺度下带电粒子的产生与加速、微细制造与精密装配、推... 首先介绍离子液体电喷推力器的工作原理和分类,通过与其他相同推力量级的电推力器对比进一步分析了其特点,然后总结了离子液体电喷推力器的国内外研究现状,在此基础上重点梳理了微尺度下带电粒子的产生与加速、微细制造与精密装配、推进剂贮存和供给、高升压比微功率电源处理单元以及比冲和推力测试等离子液体电喷推力器研制过程中涉及的关键技术,最后展望了小型化、模块化与推力密度提升的发展趋势并提出离子液体电喷推力器的发展构想。 展开更多
关键词 离子液体 电推进 电喷推力器 静电喷射
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多孔阵列式电喷雾推力器纯离子电流的物理模型 被引量:1
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作者 雪佳强 郭宁 +3 位作者 孟伟 杨三祥 李春波 王墨戈 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期171-182,共12页
纯离子(PIR)发射状态的多孔发射极阵列(PEA)使离子液体电喷雾推力器(ILET)具有高精度、高比冲、高效率、小体积等优点。为了研究PEA在PIR发射状态下的束电流机制,构建了一种包含起始电压、多点发射、黏性流动、离子电流的物理模型。通... 纯离子(PIR)发射状态的多孔发射极阵列(PEA)使离子液体电喷雾推力器(ILET)具有高精度、高比冲、高效率、小体积等优点。为了研究PEA在PIR发射状态下的束电流机制,构建了一种包含起始电压、多点发射、黏性流动、离子电流的物理模型。通过引入正态性假设简化了加工公差不确定性和多孔基材不均匀性的量化过程,基于Monte Carlo方法推导出了PEA的PIR电流解析表达式,并通过对比试验结果验证了模型的可靠性和准确性。结果表明,模型机理明确、误差较小,能够较高精度地预测锥形多孔硼硅酸盐PEA的PIR电流和多点发射行为;模型计算结果与AFET-2推力器试验结果基本一致,相对误差范围为1.0%~1.5%,随着工作电压的增大和发射体数量的增加有助于提升模型的精度。模型为计算效率较高的0D模型,为ILET的鲁棒性设计和性能优化提供了一种新的计算方法。 展开更多
关键词 离子液体电喷雾推力器 离子蒸发 多点发射 纯离子模式 物理模型
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离子液体推力器性能影响因素仿真研究
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作者 范益朋 夏广庆 +2 位作者 鹿畅 孙斌 丁亮 《航天器环境工程》 北大核心 2021年第4期381-388,共8页
文章主要研究离子液体推力器发射阵列几何结构参数对推力器性能的影响。建立单个发射极粒子网格法仿真模型,模拟获得了单个发射极束流分布及推力、比冲等性能参数曲线;通过改变电极间距及引出极孔径获得了单个发射极平均推力和角向效率... 文章主要研究离子液体推力器发射阵列几何结构参数对推力器性能的影响。建立单个发射极粒子网格法仿真模型,模拟获得了单个发射极束流分布及推力、比冲等性能参数曲线;通过改变电极间距及引出极孔径获得了单个发射极平均推力和角向效率的变化曲线,分析了电极间距及引出极孔径对推力器性能的影响。研究表明:在离子被引出极拦截前,推力器角向效率与电极间距成正比,与引出极孔径成反比;在不考虑发射离子数量和比例改变情况下,推力器推力随电极间距的增加先增大后减小,一定范围内随引出极孔径的减小而增大,但过小的引出极孔径会造成严重的推力损失与栅极侵蚀。以上研究结果可为离子液体推力器的优化设计提供参考。 展开更多
关键词 电推进 微推进 离子液体推力器 粒子网格法 推力器性能 仿真研究
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离子-液滴混合模式下离子液体推力器性能调控研究
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作者 杨铖 吴湘蓓 +1 位作者 曹帅 沈岩 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期128-138,共11页
离子液体推力器在不同工作条件下会发射液滴或离子,当发射粒子包含液滴和离子时,推力器处于离子-液滴混合模式。本文对离子-液滴混合模式下离子液体推力器的性能调控展开研究,对离子液体推力器样机进行实验,为避免电化学反应导致实验无... 离子液体推力器在不同工作条件下会发射液滴或离子,当发射粒子包含液滴和离子时,推力器处于离子-液滴混合模式。本文对离子-液滴混合模式下离子液体推力器的性能调控展开研究,对离子液体推力器样机进行实验,为避免电化学反应导致实验无法进行,采用负直流电源供电,收集发射电流并拍摄液面变化图像,结合理论计算判断实验中推力器处于离子-液滴混合模式。通过计算得到不同供给电压下离子和液滴对应的发射电流和流量,结果表明离子电流占比最高约为98.99%。进一步计算发现,推力和比冲随电压的增大而增大,效率随电压的增大呈现先减小后增大的趋势。此外,计算发现荷质比的减小会导致推力、比冲和效率的增大。在供给流量为2.8n L/s,电压为-3100~-3800V的实验条件下,离子液体推力器样机推力约为6.66~12.54μN,比冲约为187.48~353.07s,效率的约为6.02%~6.87%。 展开更多
关键词 空间电推进 离子液体推力器 离子-液滴混合模式 性能调控 离子蒸发
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离子液体微推进技术研究进展 被引量:2
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作者 范益朋 夏广庆 +3 位作者 韩亚杰 鹿畅 孙斌 丁亮 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期1275-1285,共11页
介绍了离子液体推进器的基本结构和工作原理,阐述了粒子发射的限制条件及通常采用的工作模式,总结了该推进器的常见分类形式。介绍了当前广泛应用的一些实验方法和仿真手段,以及针对发射阈值场强、束流散射、多粒子分散效率、推进器长... 介绍了离子液体推进器的基本结构和工作原理,阐述了粒子发射的限制条件及通常采用的工作模式,总结了该推进器的常见分类形式。介绍了当前广泛应用的一些实验方法和仿真手段,以及针对发射阈值场强、束流散射、多粒子分散效率、推进器长时间工作稳定性等问题开展相关研究取得的进展,对比分析了适合粒子发射的工作环境及相对精确的仿真方法,为推进器的后续设计、工作模式设定及性能评估等工作提供了参考。结果表明:增大推进剂流阻、提高发射极阵列密度是提高离子液体推进器效率和推力的合适手段;利用闭环控制的方法改变发射电压极性、逐渐提高发射电压大小是维持推进器推力大小、提高工作稳定性的有效方法。 展开更多
关键词 电推进 微推进 离子液体 发射条件 推进器效率
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