基于中性面的抑制烟气溢流的临界排烟量模型

本文基于中性面理论,建立了排烟条件下房间(简称排烟房间)竖向开口烟气中性面计算的区域模型。根据中性面高度与开口上沿的关系,得到了抑制开口处溢流产生所需的临界排烟流量以及气体流入质量流率的计算模型。结果表明:在排烟条件下,房间竖向开口处烟气流动的主要控制因素仍是密度差引起的压差;随着排烟量增大,开口处的中性面不断上移,烟气溢流量持续减小。中性面与开口上沿平齐后即达到溢流抑制临界条件,烟气便不再溢出室外。数值模拟结果与理论模型的计算结果对比表明,所建立的模型可以较好地预测排烟房间竖向开口的烟气溢流抑制临界条件。

溅射靶对离子推力器的热辐射影响研究

为了研究真空环境设备内溅射靶温度升高后对30 cm离子推力器的热辐射影响,采用有限元分析的方法,首先对真空舱内的离子推力器羽流分布进行了模拟,在获得羽流对溅射靶造成的温度变化后,进一步分析了溅射靶温度升高对离子推力器温度以及栅极热形变位移所造成的影响。仿真结果显示,推力器羽流可采用定向分子流模型进行描述,羽流在真空舱内的扩散过程中几乎没有能量损失;30 cm离子推力器工作时真空舱内大部分区域的气体压强在2×10^(-3)~6×10^(-3)Pa;在溅射靶影响下,推力器加速栅和屏栅中心温度分别为352℃和440℃,边缘温度分别为342℃和411℃,屏栅和加速栅的间距缩小量由无溅射靶影响时的0.560 mm增加到0.585 mm;试验结果显示,加速栅和屏栅边缘温度分别为364℃和385℃,与仿真结果的比对误差均为6%,溅射靶后部羽流气体的温度测试值高于计算值约50℃,误差主要由于模拟中忽略了羽流粒子的能量沉积效应。

场发射电推力器的研究现状及其关键技术

与传统的化学推进相比,电推进具有高比冲、小推力、长寿命等特点,能够大幅节省推进剂、增加有效载荷质量,从而增加航天器在轨寿命,提高航天器的整体性能与收益,特别适合用于航天器的姿态控制、轨道转移和深空探测等任务。场发射电推力器是一种具有比冲高、推力冲量分辨率高、推力噪声低、功耗及成本低、结构紧凑等优点的电推力器,是重力梯度卫星的高精度阻力补偿、微纳卫星的姿态控制和轨道转移、星座编队飞行等任务最有前景的推进技术之一。简述了场发射电推力器的工作原理、结构和特点,重点分析了国内外场发射电推力器的研究现状以及关键技术。

超声波电喷推力器羽流中和特性研究

超声波电喷推力器主要应用在小卫星(<10 kg)平台,为解决该类型推力器的羽流在中和过程中产生的推力偏角以及能效低的问题,对超声波电喷推力器的羽流中和过程进行数值研究.为实现电喷推力器羽流特有物理过程的仿真,建立了一种带电液滴中和模型(NECD模型),对电子-正电液滴的中和过程进行捕捉,包括带电粒子的输运过程、电子液滴碰撞过程以及液滴的破碎与重组等过程;为验证模型的可行性和精度,开展推力测量和羽流高速照相试验,以工况相同试验和仿真结果进行对比.结果显示,该模型的综合计算误差在20%左右,在不同工况下可以和试验值形成趋势上的符合.基于该计算模型,对放电功率为2 W、放电电流为2 m A的超声波电喷推力器进行羽流输运过程的数值模拟,获得表征羽流中和特性的几种参数分布,包括数密度、电荷密度、液滴体积大小等,并统计出各类能耗所占比例,解释了推力偏角和能效低问题的内在机理以及为相应优化提供参考.

离子液体电喷推力器羽流中和特性研究

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。

2 cm ECRIT联结磁场对羽流中和的影响

电子回旋共振离子推力器(electron cyclotron resonance ion thruster,ECRIT)外部联结磁场是影响羽流中和过程以及中和器耦合电压的因素之一。联结磁场随离子源和中和器安装方位及其内部磁极方向的不同而不同,计算联结磁场分布规律、实验研究磁场对羽流中和的影响是非常重要的工作。针对离子源的2个功率和2个流量,加速电压350~1450 V内,开展中和实验,研究离子源与中和器磁极方向和位置关系的变化对离子束流引出和最高耦合电压大小的影响规律。结果表明,离子束流引出不受磁极方向和离子源与中和器安装方位的影响。离子源与中和器相对垂直安装时能降低中和器耦合电压,同时通过改变中和器磁极方向使其与离子源磁极方向相反也能降低中和器耦合电压。当离子源与中和器磁极方向相反且垂直安装时,中和器耦合电压最低。