Langmuir双探针测量Hall推力器羽流特性

应用Langmu ir双探针测量了距离Hall推力器出口30~100 cm的羽流特性。实验中真空舱压力保持在5×10-4~2×10-3Pa之间。实验证明,电子温度和数密度随着角度和轴向距离的变化而变化,但羽流中远场的电子温度变化幅度很小,基本稳定在0.455 eV左右;电子数密度随着与轴向距离和中心轴夹角的增加而减小。实验结果可为高性能的Hall推力器设计提供参考依据,并为等离子体羽流的数值模拟提供输入条件和验证依据。     

直流电弧等离子体炬数值模拟与诊断

直流电弧等离子体炬内部物理过程复杂且具动态性,较难对其进行准确描述与深入研究,且其工作温度较高,其状态参数难以使用常规方式测量。针对直流电弧等离子体炬,建立流动、传热和电磁相互耦合的数值模型,基于Fluent软件对直流电弧等离子体炬进行三维数值模拟和特性分析,设计并搭建了一套热焓探针实验系统,完成对直流电弧等离子体炬射流参数的测量分析。结果表明:建立的数值模型模拟结果与实验测量结果吻合较好,误差在10%以内;炬内温度与速度最大值与工作气流量呈正相关,均出现在靠近阴极区域,且沿轴线逐渐降低;等离子体炬内高温区与高电流密度区重合。     

液体火箭发动机关机水击的数值模拟

基于特征线法对某液体火箭发动机小尺寸推进剂供应管路的关机水击进行了数值模拟.研究了发动机关机后推进剂管路的压力瞬变特性,并验证了数值模拟的正确性,同时通过实例计算分析测压支管直径和长度改变时测压支管端部压力与阀门处压力的关系.结果表明:测压支管的存在使实测点与管路内压力瞬变特性可能有较大差异,是造成测量数据不能正确反映管路内真实压力的原因.     

碘工质霍尔推力器原理与研究进展

霍尔效应推力器作为一种先进的电推进装置受到国内外航天界的广泛关注,利用氙气作为推进剂的中功率霍尔推进技术已相对成熟,并有上千台霍尔推力器在轨运行。然而,作为一种稀有气体,高纯度氙气价格昂贵,相对固体推进剂其储存密度偏低,高压储箱给安全和减重带来不利。因此,寻求一种新型固态工质替代氙气具有重要意义。2006年,有学者提出利用固态碘特有的升华和电离特性,可以代替氙气作为霍尔推力器的推进剂的想法,并对此进行了原理样机设计和初步实验研究。首先对国外的研究进展和目前能达到的推力器性能进行了概述,接着阐述了碘工质霍尔推力器的工作原理,然后总结了该推力器研究的关键技术和理论上可行的解决方案,最后对碘工质霍尔推力器的应用前景进行了展望。     

脉冲等离子体推力器羽流特性数值研究

以脉冲等离子体推力器羽流为研究对象,建立三维物理模型,简化并离散电子动量方程,运用单元粒子-直接模拟蒙特卡罗混合法模拟非稳态羽流流动.假定脉冲周期内推进剂粒子按正弦规律进入流场,分析流场中电势、电子、离子和原子数密度分布随着时间变化情况,并通过与已有实验数据的对比验证仿真模型.研究表明:模型能在垂直和平行于推力器极板的两个平面内预测等离子体羽流流场参数.该研究方法、结果对更深入研究脉冲等离子体推力器(PPT)羽流具有参考价值.      

基于混合方法的霍尔推力器寿命预估及参数影响分析

为了预估霍尔推力器的寿命,改进了用于半经验公式法的点源模型使原方法计算精度获得优化.在文献已有实验条件和结果的基础上,考察了改进半经验公式法及简易解析模型法的可靠性,结果表明,简易解析模型法在1000h以后的误差逐渐扩大,改进半经验公式法虽然计算精度较好,但需要短寿命实验结果为其提供确定参数的依据.为了在推力器设计阶段和无实验结果的条件下提供保证精度的寿命预估手段,建立了将两种方法结合的混合方法,该方法与简易解析模型法对比表明,运行4000h后SPT内、外壁面计算值的平均相对误差由13.53％和45.28％下降到4.84％和21.2％.采用此方法考察了推力器运行参数改变对寿命的影响规律.     

空间辐射散热器含液滴介质的辐射特性和辐射传热

本文从米氏电磁散射理论出发，计算了含液滴介质的辐射特性。考察了中向同性散射能量传递份额的再分配，导出了吸收、发射、各几同性散射介质的辐射传递系数。计算了空间辐射散热器液滴层瞬态辐射换热，经与文献［４，５］的比较表明，本文所导出的辐射传递系数计算方法正确，精度高。用计算机辅助实验，分析液滴发生器产生粒子的大小、粒径分布对瞬态辐射换热的影响，可减少空间辐射散热器设计过程中的实验次数。     

用蒙特卡罗法数值模拟CCD相机的杂光

采用蒙特卡罗（Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ）法对卫星ＣＣＤ相机的地气杂光进行了计算。主体段杂光系数的计算值与用积分球实验测量值属同一数量级,表明该方法和计算软件具有一定的可靠性;分析计算值与测量值产生偏差的因素发现,热物性参数的不确定性对数值模拟影响很大。分析了遮光罩长度、反光镜扫描角度等变化对杂光系数的影响,结果表明,遮光罩长度不变,而反光镜的扫描角度为４５℃时,光线的进入比例最大,而杂光系数最小。     

碘工质霍尔推力器内部过程数值模拟

随着霍尔推力器的大力发展,碘工质霍尔推力器越来越受到研究人员的重视。深入了解碘工质霍尔推力器放电室内部过程,为优化推力器性能和拓展空间应用提供依据。建立了二维PIC/DSMC/MCC混合方法模型,结合鞘层和二次电子发射模型,根据碘工质特性,加入解离-电离过程,在定壁温条件下,针对200 W碘工质霍尔推力器放电室内部过程开展了数值模拟,考察其放电室内等离子体的多场耦合特性以及与壁面的相互作用过程。研究其放电通道内部的等离子体行为,分析放电室内的等离子体参数,获取其离子数密度、离子轴向运动速度、电子温度等特征参数,将模拟结果和氙工质进行比较。结果表明:相较于氙工质,碘工质霍尔推力器存在解离区,宽度约为2 mm,位于近阳极区之后、电离区之前。     

直流电弧等离子体炬的数值模拟

等离子体炬内部的物理场是影响等离子体性能及等离子体炬设计等方向的重要信息。受等离子体炬内部小空间、高能量密度及高电荷密度等因素的影响,无法通过常规手段进行测量。为了得到等离子体炬内部的温度、速度场分布情况,本文使用COMSOL建立了一台30 kW直流等离子体炬的二维轴对称模型。为了验证模型的可靠性,搭建了包括等离子电源、等离子体炬在内的实验平台,并使用热焓探针对该等离子体炬出口处的温度场进行诊断。将等离子体炬的模拟结果与实验测得的数据进行对比,发现模拟结果能够较好的吻合实际情况。改变模型阴极的电流输入,对等离子体炬内部的流场及温度场变化情况进行了系统模拟研究,得出了等离子体炬内部的发展模式,以及热量传递的薄弱点,可以为今后等离子体炬的优化方向提供参考。