射频离子推力器放电室结构优化研究

射频离子推力器因结构简单、推力精确可调、工作寿命长等因素,已被广泛应用于航天领域,其中放电室的离子密度是决定推力性能的关键性要素。本文基于电感耦合放电过程建立了二维轴对称流体模型,分别研究了放电室在不同长径比和不同结构等条件下的离子密度变化规律。结果表明:增大射频功率和气压可以提升离子密度,放电室长度在3.5-4 cm时离子密度较高。在放电室直径相同条件下,模型1圆柱结构与模型2圆台结构体积保持一致,减小表面积可以提升离子密度;模型3球壳结构、模型4球壳圆柱结构与模型1圆柱结构的总长度一致,最优的复合结构模型4与单一圆柱结构模型1相比,离子密度提高18.2%,若两者密度相等时,最优的复合结构模型4可以节省15%功率输入或降低10%放电室内气压。     

面向火星探测的CO2工质射频离子推力器离子源性能研究

火星是太阳系的行星之一,研究其磁场、大气、气候、构成以及地形地貌将有利于空间资源的开发和利用。CO₂是火星大气的主要成分,以CO₂为工质的电推进技术的研究对火星探测以及更远距离的深空探测具有重要意义。开展了CO₂射频离子推力器离子源点火试验;使用朗缪尔探针诊断腔体内的等离子体参数,并将其和地面试验中常用的Ar工质下的结果进行对比;研究了射频功率对CO₂工质腔内等离子体参数的影响;对推力器离子源栅极施加直流电压,进行离子束流引出试验,分析了屏栅电压、射频功率、工质流量和栅极透明度对推力器离子源栅极电流参数的影响。     

氙离子推力器放电室等离子体参数测量

论述了离子推力器的工作过程,同时介绍了静电探针的测量原理,设计制作了用于诊断离子推力器放电室等离子体特性的双探针测量系统.装置用于氙离子推力器放电室等离子体测量,获得了放电室等离子体参数(电子温度、离子密度等)与推力器工作参数之间的变化关系.     

碘工质霍尔推力器原理样机设计与实验研究

氙气作为电推力器常用的推进剂,针对其具有自然界储量稀少,价格昂贵且提纯难度高的特点,采用电离能与氙相似的固态碘作为替代工质进行霍尔推力器点火实验来研究其基本性能。实验结果表明,控制贮供与推进系统的温度可以使进入放电通道的碘蒸气流量稳定,从而使推力器能够持续稳定地工作。在推力器为200 W量级工作条件下,推力靶测得其产生的推力约为8.9 mN。因此,碘工质在电推进领域具有较大应用前景,尤其对于位置保持以及深空探测任务,深入的推力器优化及设计工作将陆续展开。     

不同工质材料毛细管型脉冲等离子体推力器工作特性研究

毛细管放电型脉冲等离子体推力器(Capillary Discharge based Pulsed Plasma Thruster,CDPPT)采用固体工质、电热加速模式,无需储供机构,系统简单紧凑、可靠性高,在微纳卫星应用中具有显著优势.从CDPPT的基本工作过程入手,针对聚四氟乙烯(PTFE)、超聚乙烯(UPE)、乙...     

离子推力器内部等离子体的微观特性研究

放电室是离子推力器产生等离子体的主要区域,放电室气体放电过程中的电势振荡导致阴极下游产生的大量高能离子不断轰击溅射刻蚀空心阴极触持极,长时间后,触持极顶被磨损穿透,阴极顶和阴极管也受到离子的轰击。提出了一种解析方法,运用解析数学工具,研究放电室内磁感应强度、电场强度等对离子运动轨迹和等离子体振荡频率的影响,从数学角度描述放电室气体放电过程和等离子体振荡特性。最终得到非平衡态下的离子含时演化方程、准平衡态下的等离子体动态特性曲线和放电室性能曲线。     

离子推力器放电室等离子体电势诊断方案研究

放电室是离子推力器核心部件,目前国内尚未开展离子推力器的等离子体参数诊断工作。应用发射探针诊断离子推力器放电等离子体的参数,介绍了发射探针诊断等离子体电势的原理,发射探针诊断离子推力器放电室等离子体的方案及探针系统的组成。说明了数据处理方法和探针诊断的影响因素。     

环型离子推力器放电室参数对推力器性能的影响

环型离子推力器放电室参数对其推力和比冲等具有显著影响.利用基于混合宏粒子(Hybrid-PIC)解耦迭代算法,对环型离子推力器稳态放电过程进行了三维仿真模拟,发现放电室参数对推力器的推力、比冲、放电损耗、电离率以及放电室出口处离子分布均匀性均会产生影响.研究结果表明,增大环型离子推力器阴极长度,会使原初电子和等离子体在...     

离子推力器放电室工作性能的模型与模拟技术研究现状

详细介绍了当前国外在离子推力器放电室理论分析模型和数值计算模型方面的研究进展。并就每种模型的特点、应用范围、前景及所采用的模拟方法进行了叙述。     

不同磁感强度下LIPS-200离子推力器放电室性能的研究

离子推力器放电室内永久磁铁产生的磁场大小及分布对提高放电室放电效率和约束等离子体起着非常重要的作用。利用离子推力器性能模型并结合试验测得的束流离子生产成本,分析放电室内磁感强度大小对LIPS-200离子推力器放电室性能的影响。数值计算结果显示永久磁铁厚度增加1mm,放电室内的磁感强度从原来的5．0×10^-3～3．0×10^-2T增加至1．0×10^-2-5．0×10^-2T。理论分析结果显示磁感强度增加50％,原初电子平均约束时间增加49．9％、原初电子和中性气体之间的碰撞概率增加6．9％、离子损耗减小64％、束流离子生产成本降低18．1％、推进剂利用率提高7．4％。放电损耗、推进剂利用率与磁感强度大小呈线性关系。该研究能够为今后离子推力器设计提供一定的参考。     

中高功率离子推力器的性能参数分析研究

此次系统调研在已有高功率离子推力器研制情况的基础上,对中高功率离子推力器的主要性能参数进行了分析研究,得到了离子推力器性能随功率变化的经验关系,并应用这些关系分析预测了中高功率离子推力器的性能极限,得出了基于现有技术的离子推力器难以满足未来高功率电推进使命需求的分析结论。     

离子推力器推力矢量偏角测试

研制了离子推力器推力矢量偏角测试系统,包括测试装置的设计、制造、测试处理软件的设计和调试。应用研制的测试系统对20cm离子推力器的推力矢量偏角进行了测试。     

离子推力器束流下降原因分析

离子推力器的推力与其引出的束流成正比,束流的大小直接确定了推力.离子推力器在点火启动后,在工作条件不变的条件下,其引出束流随工作时间而下降.为找出束流下降的原因,以离子推力器为研究对象,通过分析引起离子推力器束流下降的各种因素,并对这些因素进行分析与验证.经过对因素的分析定位,找出引起束流下降的主要原因.分析与验证表明：影响离子推力器束流下降的决定因素为栅极组件固有特性、磁场固有特性和阴极固有特性,其中阴极固有特性是导致束流下降的主要原因.     

离子推力器三栅极组件热形变仿真分析及试验研究

栅极组件是离子推力器束流引出、加速和聚焦的核心部件.推力器工作过程中栅极组件的热形变是影响离子推力器工作性能和寿命的关键因素之一.通过建立栅极组件的结构等效模型,模拟了栅极组件的温度分布,运用有限元软件绘制出同一时刻栅极组件表面不同位置沿着径向坐标热形变位移曲线,分别计算出栅极组件中心点处屏栅-加速栅、加速-减速栅极间...     

30cm口径离子推力器热特性模拟分析

为了对30 cm口径LIPS-300推力器的热设计提出合理建议,利用有限元分析软件对LIPS-300离子推力器进行地面稳态及热应力分析。结果显示处于大流量点火工作状态时,离子推力器的高温部件主要是阳极筒锥段、屏栅筒以及后极靴,当推力器达到稳态后,阳极筒和后外壳锥段的热形变占主要地位。根据仿真分析得出的热设计优化结论是提高LIPS-300离子推力器内外部件的表面发射率是可以降低内部部件温度,并满足磁钢工作温度上限的有效方法。     

微阴极电弧推力器放电特性研究

相对于大型卫星, 微纳卫星具有模块化、发射灵活、可编队飞行等特点。微阴极电弧推力器 (μ-CAT) 是一种适用于微纳卫星的推进装置, 具有体积小、质量轻、功耗小等特点。本文分析了μ-CAT的工作原理, 对推力器结构进行了设计, 并利用高真空电推进实验平台, 完成了对推力器放电特性实验装置的搭建。在高真空条件下对μ-CAT进行了点火试验, 测试了推力器放电时的伏安特性曲线, 分析了单脉冲周期的电压电流变化规律。随后分别在有无外加磁场的条件下, 采用法拉第探针测量了μ-CAT等离子体离子电流空间分布情况, 实验结果表明磁场具有减小等离子体羽流发散角的作用。研究工作可为后续推力器放电参数优化设计和羽流测量工作提供理论指导。     

离子推力器寿命试验总结与展望

在充分调研国内外成熟度较高的离子推力器产品地面寿命试验的基础上,总结了关键失效磨损试验、工程型号寿命试验、产品极限寿命试验和综合评价寿命试验等四类离子推力器寿命试验的目的、方法、结果及应用.通过不同寿命试验方法之间、试验验证寿命与工程应用寿命之间、不同失效模式及其试验验证方法之间的对比分析,总结了各类寿命试验的成功经验...     

LIPS-200离子推力器束流模型及其应用

建立了基于测量数据基础的LIPS-200离子推力器束流模型,给出了模型中积分发散问题的解决方法。应用模型计算了LIPS-200推力器中远场束流分布,给出了束流发散角、推力修正因子、南北位保推力器安装角等应用实例。     

中子管射频离子源放电特性仿真研究

国外射频离子源中子管的中子产额已经达到10¹⁴ n/s,明显优于潘宁源中子管。为了深入了解用于中子管射频离子源的放电特性,从射频感应耦合等离子体的放电原理入手,建立用于氢气放电模拟研究的理论模型。设计中子管射频离子源几何结构,运用麦克斯韦方程组在理论上推导了等离子体放电过程中影响粒子密度的因素。结合Comsol软件中的二维轴对称的电感耦合等离子体模型,采用单一变量法,通过仿真实验得到了线圈匝间距、线圈匝数、线圈直径、线圈功率和放电气压等参数对H⁺密度分布和大小的影响。总结出H⁺在不同参数下的变化规律,得到了一些有价值的结论,为优化中子管射频离子源的实验参数和结构设计提供重要依据。     

基于T5离子推力器无拖曳飞行技术

GOCE是世界上首次应用无拖曳飞行技术的科学测量卫星,用于测量地球重力场和稳态海洋环流.大气阻尼补偿系统是实现无拖曳飞行的重要技术支撑,其核心单元是T5 离子推力器.基于T5 离子推力器无拖曳飞行,论述了从入轨测试到执行任务的技术特点、运行及性能.并对T5 离子推力器在大气阻尼补偿系统中的应用做了总结,提出了离子推力器发展应用的建议.