水工质微波等离子推力器喷管流场及推力性能研究

采用Delaunay方法生成三角形单元的非结构网格离散计算区域,利用格心有限体积法对水工质微波等离子推力器喷管流场和推力性能进行了数值模拟.揭示了水工质微波等离子推力器喷管的流动规律.研究结果表明:在喷管入口压强为0.35 MPa时,增加工质气体的总温,可以提高推力器的比冲,同时推力的变化很小.在收敛角和扩张角不变的情况下减小喷管喉径,能够略微提高推力器的比冲.而推力器腔体内压强变化很大.保持喷管喉径和出口直径不变,在喷管扩张半角从10°增大到40°的过程中,推力器的比冲和推力先增大后减小;扩张半角为17°时,推力器性能最佳.     

微型电推力器的研究与发展

随着微型卫星技术的迅猛发展,为了满足微型卫星各种飞行姿态变化的任务要求,兼具功能性和高可靠性的微推进技术,特别是微型电推进技术已经成为微型卫星发展的迫切需求。近年来,自由分子流微电热推力器、射频电容耦合放电微推力器、微射频离子推力器、微腔放电推力器、场致发射电推力器、微胶体推力器和微波激励微等离子体推力器等微型电推力器研究势头良好,已完成工程样机研制,有望于若干年内实现空间应用。     

稀薄等离子体羽流稳态流动粒子模拟

以稳态等离子体推力器羽流为研究对象,基于单元粒子法一直接模拟蒙特卡罗法混合法,建立数值仿真模型,研究流场电势、电子数密度、离子电流密度分布,通过与实测数据及已有模拟结果的比较验证模型.电子动量方程简化中,考虑电子和离子与中性粒子的碰撞效应,采用交替方向隐式法求解等离子体电势,所得仿真结果优于忽略该效应的Boltzmann模型,尤其是在流场翼部.本研究对电推力器的污染评估具有参考价值.     

微波增强肼复合式推力器喷管粘性效应分析

微波增强肼复合式推力器的喷管结构较小,其流动规律不同于常规固液火箭发动机的喷管,黏性效应对喷管内气体流动有较大影响。微波增强肼复合式推力器有着微波电加热和单元肼分解两种工作模式。研究了两种工作模式下工质气体压强和温度对黏性效应的影响。结果表明,提高压强可以降低黏性作用,使得边界层变薄,从而提升喷管性能;提高温度会增强黏性作用,使得速度损失增多,但比冲(specific impulse)仍有一定提高。对比两种工作模式,微波电加热模式下黏性效应对喷管性能的影响更强。     

无中和器离子推力器的发展现状、关键技术及展望

离子推力器具有高比冲和高效率等优势,是目前应用最广泛的电推力器之一,但亦存在着系统结构复杂、关键部件繁多等缺点.无中和器离子推力器可以消除对中和器的依赖,实现离子推进系统结构的简化,从而减小推力器体积和重量并提高系统可靠性.本文首先归纳了传统离子推力器的原理、优势及限制,引出了无中和器离子推力器的概念,对其基本原理、技术优势及分类进行了介绍;随后从等离子体源的束流自中和技术出发,总结了无中和器离子推力器的发展现状;结合空间应用需求以及无中和器离子推力器的工作特点,分析了无中和器离子推力器的关键技术,提出应将工质选择、等离子体机理研究、磁过滤装置和栅极系统设计以及栅极射频电压灵活调控方法这四方面作为其研究重点,同时应该发展并完善新的推力器参数测量方法,进一步明确无中和器离子推力器的工作特性.     

航天器复杂推力器配置控制能力分析的一种新方法

本文针对工程中关心的航天器复杂推力器配置的控制能力问题,提出了一种新的分析方法——配置相对于任务的可行性分析法.文章首先系统地给出了一套推力器配置可行性的定义,然后利用矩阵范数求解配置控制能力最弱的方向及其对应的控制能力上界中的最小控制指令,并由此推出了推力器配置约束可行的判别定理.最后给出了应用可行性分析法研究配置控制能力的具体方法,并通过算例进一步验证了该方法的正确性和有效性.     

对离子光学系统数值模拟算法的分析

介绍了对离子推力器光学系统中的屏栅和加速栅区域进行数值模拟的基本思想,集中分析了目前常用的两种算法：OPT算法和igx算法.最后对两种算法进行比较并得出结论.     

60 mm口径霍尔推力器放电特性数值模拟与试验

为了明晰小功率霍尔推力器放电特性,为后续工程应用及优化提供帮助,本文基于兰州空间技术物理研究所研制的60 mm口径小功率霍尔推力器LHT-60,建立了二维轴对称模型,利用流体方法对推力器放电室内等离子体放电特性进行了数值模拟,获得了推力器启动过程中的等离子体分布变化,并模拟推力器额定工况稳态下的等离子体、电子温度以及空间电势等关键参数。额定工况下计算推力和阳极比冲分别为21.18 mN、1257 s。同时,为验证推力器宽功率范围工作能力,在阳极流率1.1 mg/s~1.7 mg/s,阳极电压280 V~350 V条件下开展了试验,并与数值模拟结果对比分析,误差在10%左右。     

推力器姿轨同时控制下的姿态控制算法

针对推力器安装误差对卫星姿态控制产生强干扰的问题, 设计一种紧凑卫星推进系统的姿态控制算法. 采用对控制力矩和干扰力矩建模的方法对姿态控制影响进行分析, 得到最差情况下的推力器安装误差角组合. 通过计算机仿真实验, 对比了不同安装误差角下三轴的控制结果. 实验结果表明, 轨道机动模式下姿态控制算法具备包络最差情况的能力, 控制结果稳定, 满足精度要求.     

脉冲等离子体推力器羽流的混合粒子仿真研究

目前微小卫星正在积极的发展中,脉冲等离子体推力器是其推进系统的一个重要发展方向,为了能够将PPT成功地运用于空间,需对其羽流进行研究。将一维MHD双温放电模型用于DSMC(Direct Simulation Monte-Carlo)/PIC(Particle in Cell)流体混合算法模拟PPT羽流的入口条件计算,一体化模拟实验室PPT羽流,对不同电容情况下的羽流场进行模拟,并与实验结果进行了比较。计算结果显示高电容下带来更高的质量流量,更高的中性粒子的含量,同时返流的影响域更广。在推力器入口附近,CEX碰撞与一般碰撞形式共同存在,且频率很高,在羽流外围,CEX碰撞成为碰撞的主要形式。