放电室长径比与磁体间距对离子推力器原初电子约束性能的影响

电子约束效率为反映环尖型离子推力器放电性能的重要参数之一,一般采用原初电子的平均约束长度来表征。对于离子推力器,放电室长径比与磁体间距会影响磁场分布,进而影响电子约束效率。放电室长径比与磁体间距的最佳状况是原初电子在放电室中保持尽量长的时间。以二维轴对称的离子推力器放电室为几何模型,发展了计算原初电子运动情况的代码。通过求解Maxwell方程和电子运动方程得到磁场和电子的运动轨迹,从而得到原初电子的平均约束长度。对放电室长径比与磁体间距对原初电子约束性能的影响进行了参数化研究,总结了只考虑原初电子约束时放电室长径比与磁体间距的选取原则。     

20cm氙离子推力器磁场优化与试验研究

放电室磁场的优化设计是离子推力器结构改进设计的关键技术之一,直接影响到推进剂电离效率和整机工作稳定性。针对深空探测等空间轨道任务对20 cm氙离子推力器应用需求,利用电磁体磁感应强度实时可调的优势,获得了给定工作模式下20 cm氙离子推力器放电室磁场最优构型及其磁感应强度的最佳分布。在此基础上,运用等效磁通理论,明确了产生相同磁场构型及其磁感应强度分布的永磁体结构尺寸。将20 cm氙离子推力器放电室磁场优化前后的性能进行对比,结果表明:在不改变整机结构的情况下,放电室磁场优化后推力可提升50%,由40 m N提高到60 m N,比冲提高到3 500 s,效率提高到65%。通过磁场优化,使得20 cm氙离子推力器具备了在40 m N和60 m N双模式工作的能力。研究为高效、稳定工作的离子推力器磁场优化提供方法。     

前极靴长度对电子回旋共振离子推进器影响的数值仿真

数值仿真研究电子回旋共振离子推力器放电室的放电过程可以为推力器的优化设计提供指导和帮助。基于COMSOL多物理场仿真软件建立了5 cm口径电子回旋共振(ECR)推力器放电室的二维轴对称模型。通过磁场实际测量值和仿真结果的对比分析,验证了模型的可靠性;并计算发现前极靴长度在7 mm和9 mm之间存在一个最佳特征值。当小于特征值时电子密度最大值、平均电子密度值和等离子体吸收功率均随极靴长度的增大而增大;而当大于特征值时电子密度最大值、平均电子密度值和等离子体吸收功率则随极靴长度的增大而减小。     

前极靴长度对ECRIT影响的数值仿真研究

数值仿真研究电子回旋共振离子推力器放电室的放电过程可以为推力器的优化设计提供指导和帮助,本文基于COMSOL多物理场仿真软件建立了5cm口径ECR推力器放电室的二维轴对称模型。通过磁场实际测量值和仿真结果的对比分析验证了模型的可靠性,并计算发现前极靴长度在7mm和9mm之间存在一个最佳特征值,当小于特征值时电子密度最大值、平均电子密度值和等离子体吸收功率均随极靴长度的增大而增大,而当大于特征值时电子密度最大值、平均电子密度值和等离子体吸收功率则随极靴长度的增大而减小。     

设计参数对脉冲等离子体推力器性能的影响

脉冲等离子体推力器的性能受电气参数、结构设计参数等方面的影响.针对脉冲等离子体推力器效率低的问题进行了理论分析并设计实验进行了验证,研究了设计参数与推力器性能之间的关系.结果表明,推力与放电电流有密切的关系,而脉冲等离子体推力器的电极间距、放电能量等设计参数对推力、放电电流等又有较大的影响.实验结果对设计高性能的推力器有参考价值.     

射频离子推力器束流特性数值模拟

为了分析射频离子推力器束流特性,基于二维流体模型对自研的11 cm射频离子推力器开展放电室等离子体数值模拟,获得给定电气参数下离子密度、电子温度等关键参数的分布特性;研究了等离子体参数和束流大小与射频功率间的函数关系;以等离子体参数和栅极参数为输入,基于离子光学系统模型获得不同工况下的单孔离子引出轨迹.研究结果显示:离子密度和电子温度分别沿放电室径向逐渐减小和增大,有利于获得更好的束流均匀性及更大的束流;束流大小与射频功率呈线性正相关关系,有利于实现束流连续精确可调;屏栅上游鞘层的形成与离子密度、离子种类、栅极电压组合相关,综合考虑以上因素获得最佳束流聚焦和引出特性.     

空心阴极磁约束氦放电中电子运动计算机模拟

采用ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ方法，模拟了磁场影响下矩形空心阴极放电中电子的运动及其产生非弹性碰撞情况，得到了终止条件下电子的能量分布、空间分布，以及离子的空间分布．磁场的引入改变了电子的行程和产生各种非弹性碰撞的次数与位置，影响了整个放电过程．电子的各种参数分布的差异，正是由少数非弹性碰撞决定的．通过模拟得到：在恰当的磁场强度下，可改变电子的位置和能量分布，使总的离化数增加，改变负辉区和阴极位降区的离子分布，这对于更有效地控制激励、溅射和转荷反应过程，稳定放电有一定的指导意义．     

5千瓦霍尔推力器磁场优化及Particle-In-Cell性能仿真

为了提升兰州空间技术物理研究所研制的一种5 k W霍尔推力器LHT—140的性能,采用ANSOFT软件进行了磁场优化设计,将磁场径向分量的轴向梯度提高了47%,相同励磁激励下放电通道中的磁场强度提高了38%。建立了一个R-Z平面内的二维particle-in-cell(PIC)等离子体模型,对磁场优化后推力器的性能进行了仿真分析,预估其在300~800 V放电电压、10~15 mg/s流率范围内,推力提升了9.6%~22.1%,效率提升了8.7%~19.3%。性能验证试验表明磁场优化后在相同放电电压与流率下,性能提升的测试值高于仿真值。     

弱磁场中辉光放电等离子体参数诊断

利用静电探针对弱磁场中直流辉光放电等离子体参数进行了诊断,测量了等离子体的密度和温度．结果表明,离子密度随放电电流的增加而增加,随气压的升高而升高;电子温度随放电电流的增加而增加,随气压的升高而降低;在磁场中,离子密度随磁场的增强而增大,电子温度随磁场的增加而减小．实验结果与理论计算结果基本趋势相一致．     

引射器关键结构参数优化设计及验证

引射器的性能受几何尺寸影响,相关设计方法给出的结果差异较大,存在设计点偏离严重的问题.针对小膨胀比煤层气气井引射需要,利用基于气体动力学理论的索科洛夫经验公式对引射器进行初步设计,并通过CFD方法对其关键结构尺寸进行数值优化,得到关键结构参数如喷嘴间距、混合室直径、混合室长度及扩压室长度等对引射器性能的影响规律.对比分析理论设计和模拟优化得到的引射器几何尺寸,发现CFD方法优化后的引射器等熵效率较理论设计高出13%左右,并通过实验验证引射器在偏离设计工况时,等熵效率急剧降低,表明数值模拟设计的引射器效率最高,在工程上为偏离设计工况的引射器设计提供了参考.     

小环径比托卡马克中粒子的捕获条件

为了研究小环径比托卡马克中粒子运动不同于大环径比的特点 ,探讨了标准模型磁场下单粒子在小环径比托卡马克中的运动 ,通过对环径比量级的假设采用漂移近似得到了保留至高阶项的导心运动方程。在对大环径比托卡马克的捕获条件进行推广的基础上 ,推导了具有较小环径比的托卡马克装置的捕获条件 ,并得到捕获粒子的比例会高于大环径比托卡马克的结论。     

用直线段电流磁场公式计算水冷磁体磁场

水冷磁体设计,须计算水冷磁体产生的磁场以获得磁体磁场的空间分布,使设计出的磁体满足实验要求.水冷磁体磁场计算在工程上常用的计算方法是椭圆积分法.此方法计算的水冷磁体的磁场均匀度比实际做成的磁体产生的磁场均匀度偏高.原因之一是磁体上的电流路径并不是工程上假设的闭合圆环路径,而是与之等半径的螺旋线状的路径.这是工程理论计算...     

空心阴极磁约束氦放电中电子运动计算机模拟

采用ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ方法，模拟了磁场影响下矩形空心阴极电中电子的运动及其产生非弹性磁撞情况，得到了终止条件下电子的能量分布，空间分布，以及离子的空间分布，磁场的引入改变了电子的衍程和产生各种非弹性碰撞的次数与位置，影响了整个放电过程，电子的各种参数分布的差异，正是由少数非弹性磁撞决定的，通过模拟得到，在恰当的磁场强度下，可改变电子的位置和能量分布，使总的离化数增加，改变负辉区和阴极位降区的离子     

非均匀磁场下单个经典电子的运动

理论推导并用MATLAB数值求解了梯度磁场下单个电子的运动方程,得出了电子长时间平均位移是沿着磁场为零的线运动的结论.在此基础上,加上一个与电子平均运动方向相反的匀强电场,得出了其类似于匀减速直线运动的特性.再将情况进一步推广到随机磁场的情况,得出仅在随机磁场作用下,电子仍然沿着磁场强度等于零的线运动的结论.     

陶粒混凝土棱柱体和配箍棱柱体应力—应变全曲线的研究

本文对陶粒轻骨料混凝土棱柱体和配箍棱柱体的受压性能进行了试验研究,得到了试验的应力—应变全曲线,并提出了描述应力应变变化规律的全曲线方程。试验结果表明:约束陶粒轻骨料混凝土有着良好的延性。为保证这类混凝土构件正截面具有足够的延性,本文对箍筋间距、纵筋直径与箍筋间距比、箍筋无支长度与箍筋直径比提出了建议数值。     

磁场对激光等离子体特性的影响

激光等离子体极紫外光源中的碎屑问题影响极紫外光源的稳定性及光源输出效率。针对该问题,研究了磁场对Nd:YAG激光Sn等离子体特性及极紫外辐射特性的影响,并且在0.6 T的磁场作用下,对激光等离子体光源中产生的离子碎屑进行了详细的对比研究。结果表明,外加0.6 T磁场可以有效减缓离子碎屑;由于磁场的约束,发射光谱也比未加磁场前有明显增强,计算得到的同时刻的电子密度是未加磁场的2.5倍;同时,探测到的极紫外辐射光谱并未受到磁场的影响。     

磁共振无线电能传输系统线圈模型优化设计

根据系统线圈模型,从磁场对系统传输性能影响角度分析,利用导磁体可以控制磁流方向,改变磁场分布的特性,实现改变感应电压影响输出的效率。实验通过对比有导磁体线圈和无导磁体线圈两种不同结构下的传输特性,验证在实际应用中采用导磁体能够有效地提高磁共振无线电能传输效率。     

吸气式脉冲爆轰发动机混合室试验研究

为了优化和选择吸气式脉冲爆轰发动机的混合室结构,设计了不同长度的混合室以及不同结构的内部元件,包括细管蒸发器和掺混器。试验研究了混合室长度和内部元件对吸气式脉冲爆轰发动机的影响。结果表明,对于一定结构的吸气式脉冲爆轰发动机,存在一个最佳的混合室长度;混合室长径比为2.5时,爆轰效果最佳。     

正交磁场对电火花单脉冲放电中电蚀凹坑的影响规律

电火花放电通道在正交磁场的作用下向洛伦兹力方向偏转、延伸,进而导致电蚀凹坑形貌发生变化,研究磁场辅助电火花加工(MF-EDM)过程中电蚀凹坑的形貌变化规律及特点,对进一步明晰电火花加工机理具有重要意义.基于MF-EDM气中单脉冲放电试验,使用表面轮廓仪观测电蚀凹坑延伸长度、深度、宽度及放电起始点偏移量,并得出磁场及放电参数对电蚀凹坑的影响规律.结果表明:电蚀凹坑长度随着磁感应强度、开路电压的增大而增大;电极外伸长度的影响结果相反;电蚀凹坑深度随着磁感应强度、开路电压、电极外伸长度的增加没有明显的变化规律;电容与磁感应强度存在最优参数组合以使凹坑长度最大;随着磁感应强度及放电能量的增加放电起始点的偏移量增加.     

微波等离子体电子回旋共振放电粒子模拟分析

电子回旋共振放电产生的等离子体在微电子工业中材料加工、空间电推进方面有着广泛的应用。为了研究微波等离子体电子回旋共振的放电特性,使电子回旋共振放电产生的等离子体密度和能量转换效率更高,建立了微波等离子体电子回旋共振放电的1D3V模型,描述了带电粒子在外加静磁场、微波场共同作用下的微观运动。结果表明:微波频率为2.45 GHz时,随着静磁场磁感应强度的增加,平均电子能量先持续增大达到峰值,随后又不断地减小,且在0.087 5 T时电子加速效果最明显,结果符合电子的回旋频率公式,验证了该模型的正确性;共振区域内,发现在0.087 5 T磁感应强度下,微波频率为2.45 GHz下拟合的电子速度分布才与微波电场分布趋势相似,说明微波电场推动了电子运动。这为进一步研究微波等离子体放电的粒子模拟-蒙特卡罗碰撞模拟奠定了基础,也为进一步研究微波等离子体源中粒子产生效率及微波等离子体源的物理性质提供了重要参考。