检索结果-内蒙古大学图书馆

强激光与粒子束 2011年第7期23卷 1940-1944页

作者：陈茂林毛根旺西北工业大学燃烧流动和热结构国家级重点实验室西安710072

分析了电子的准中性假设、玻耳兹曼分布假设、粒子模型在电推力器流动模拟中的适用性和优劣性,提出了一种新的电子处理方法——电子漂移扩散近似,采用该方法模拟了离子发动机栅极光学系统等离子体运动过程。结果表明:该方法得出的电势... 详细信息

分析了电子的准中性假设、玻耳兹曼分布假设、粒子模型在电推力器流动模拟中的适用性和优劣性,提出了一种新的电子处理方法——电子漂移扩散近似,采用该方法模拟了离子发动机栅极光学系统等离子体运动过程。结果表明:该方法得出的电势分布、离子相空间分布及电子数密度分布与经典的电子玻耳兹曼分布假设处理方法计算结果一致,验证了该方法可以很好地应用于电推力器栅极光学系统模拟。

关键词：电推力器粒子模拟漂移扩散近似栅极光学系统

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电推力器等离子体喷流对航天器通讯电磁波信号衰减效应

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强激光与粒子束 2010年第6期22卷 1270-1274页

作者：贺武生毛根旺陈茂林孙安邦西北工业大学航天学院西安710070

采用时域有限差分法计算了不同特性电推力器等离子体喷流对不同频率通讯电磁波的衰减系数,采用空间透射波法进行了微波等离子体推力器喷流对C波段电磁波衰减的地面测试实验。理论计算和实验诊断结果表明：电推力器等离子体喷流对电磁波... 详细信息

采用时域有限差分法计算了不同特性电推力器等离子体喷流对不同频率通讯电磁波的衰减系数,采用空间透射波法进行了微波等离子体推力器喷流对C波段电磁波衰减的地面测试实验。理论计算和实验诊断结果表明：电推力器等离子体喷流对电磁波的衰减系数随着电磁波频率的升高逐渐减小,随着喷流等离子体频率的升高近似线性增大,随着喷流等离子体碰撞频率的增大呈先增大后减小的趋势;当喷流中等离子体数密度为0.9×10^16-1.8×10^16m^-3时,C波段电磁波的衰减系数为1.5-6.0 dB,电推力器等离子体喷流对通讯信号的衰减效应不可忽略。

关键词：电推力器等离子体电磁波衰减

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电推力器气路高电压绝缘技术研究

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真空科学与技术学报 2014年第12期34卷 1290-1293页

作者：杨福全万耿民唐福俊赵以德孙运奎兰州空间技术物理研究所真空低温技术与物理国家重点实验室兰州730000 甘肃虹光电子有限责任公司平凉744000

电推力器工作时,氙气供气管路上必须设置气路电绝缘器抑制因低气压放电引起的击穿,以确保电推力器正常工作,并避免卫星结构带电。通过气路电绝缘器工况分析,在帕邢放电原理基础上,对提出的几种气路电绝缘器结构方案开展了对比分析。考... 详细信息

电推力器工作时,氙气供气管路上必须设置气路电绝缘器抑制因低气压放电引起的击穿,以确保电推力器正常工作,并避免卫星结构带电。通过气路电绝缘器工况分析,在帕邢放电原理基础上,对提出的几种气路电绝缘器结构方案开展了对比分析。考虑空间应用环境、高可靠和小型轻质化要求,并结合工作电压等条件,重点对多级电压分割绝缘结构进行了设计分析。对不同级数的气路电绝缘器结构样件进行了试验验证。结果表明该设计结构能够满足当前电推力器气路电绝缘要求。该研究成果可推广应用于更高工作电压和更大气体流率的气路电绝缘器结构设计。

关键词：电推力器气路电绝缘器多级电压分割试验验证

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电推力器中复杂电场求解的超松弛并行算法

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中国空间科学技术 2017年第5期37卷 68-74页

作者：韩亚杰夏广庆吴秋云陈留伟周念东温正大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室大连116024 中国空间技术研究院通信卫星事业部北京100094

目前,电推力器中复杂电场的三维泊松方程求解仍存在速度偏慢、并行性欠佳等缺陷。通过分解三维求解区域,针对复杂电场提出一种超松弛并行(P-SOR)迭代算法。将求解区域划分为多个子块,利用超松弛迭代格式构造出若干分组显式格式,分别给... 详细信息

目前,电推力器中复杂电场的三维泊松方程求解仍存在速度偏慢、并行性欠佳等缺陷。通过分解三维求解区域,针对复杂电场提出一种超松弛并行(P-SOR)迭代算法。将求解区域划分为多个子块,利用超松弛迭代格式构造出若干分组显式格式,分别给出不同迭代步数下的求解方程以进行并行计算。通过数值模拟,计算时间至少缩短一半以上,该P-SOR方法较传统迭代格式在快速性方面取得较大进展,对电推进领域的数值仿真研究起到促进作用。

关键词：电推力器泊松方程超松弛迭代并行算法

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一种机械臂驱动电推力器的角动量卸载方法

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宇航学报 2024年第10期45卷 1568-1577页

作者：孟文沁贾英宏潘菲刘禹申雨陇北京航空航天大学宇航学院北京102206 上海航天控制技术研究所上海201109

为利用电推力器实现地球静止轨道卫星的飞轮角动量卸载和位置保持,提出了一种利用机械臂动态调整电推力器位置以及推力方向的方案,并给出了机械臂指令关节角的求解方法。首先设计了基于三自由度机械臂和单电推进器的构型方案,之后利用... 详细信息

为利用电推力器实现地球静止轨道卫星的飞轮角动量卸载和位置保持,提出了一种利用机械臂动态调整电推力器位置以及推力方向的方案,并给出了机械臂指令关节角的求解方法。首先设计了基于三自由度机械臂和单电推进器的构型方案,之后利用机械臂运动学关系建立了电推力器的推力模型以及相对系统质心的力矩模型。以飞轮角动量卸载效率为最优指标,以机械臂各关节转角范围和电推力器推力方向角的限制为约束条件,建立了系统的优化问题模型,并通过粒子群算法对该优化问题进行求解,得到机械臂指令关节角。位置保持的功能通过推力方向角的约束实现。基于地球静止轨道卫星的三轴对地姿态稳定控制数值仿真结果表明,所提出的方案和算法可有效对飞轮组三轴角动量进行卸载,且优化结果满足给定的约束条件。

关键词：地球静止轨道卫星姿态控制电推力器机械臂动量轮卸载

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电推力器等离子体羽流特性研究

电推力器等离子体羽流特性研究

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作者：钱中上海交通大学

学位级别：博士

随着空间应用需求的增长、国防面临危机的增加、市场竞争的加剧以及微细加工技术的逐步突破,微小卫星的重要战略意义和巨大经济价值日益被人们所认可。然而,微小卫星的姿轨控需要小而精确的推力。显然,传统的化学推力器难以胜任。电推... 详细信息

随着空间应用需求的增长、国防面临危机的增加、市场竞争的加剧以及微细加工技术的逐步突破,微小卫星的重要战略意义和巨大经济价值日益被人们所认可。然而,微小卫星的姿轨控需要小而精确的推力。显然,传统的化学推力器难以胜任。电推力器具有比冲大、推力小、重量轻、精度高等特点,越来越受到各航天大国的重视,但电推力器工作时产生的等离子体羽流对卫星上敏感表面和仪器所产生的潜在污染比中性羽流更为严重,因为除了通常的热污染、光污染、机械污染和化学污染外,还有电磁污染。因此,对其等离子体羽流特性进行系统研究是电推力器走向全面应用之路的关键一环。它随现代高新技术的发展而出现,分析法不能有效解决,而实验又非常困难、费用昂贵的复杂流动问题。\n 目前,等离子体羽流研究主要有实验和数值模拟两方面。实验测量工作获得的数据更可靠,但费用高,易受多种客观条件限制而难以获得全部信息；随着计算机性能的不断提高,数值模拟已经成为另一主要研究途径。单元粒子法(Particle-in-Cell,PIC)是等离子体粒子模拟中最基本的方法之一,直接模拟蒙特卡罗法(Direct SimulationMonte-Carlo,DSMC)是研究稀薄气体动力学的最重要方法之一。由于电推力器羽流为稀薄超音速等离子体,单一的PIC法和DSMC法都不能有效模拟这类流动问题。将这两种方法相结合形成PIC-DSMC混合方法是一条合理的途径。\n 稳态等离子体推力器(Stationary Plasma Thruster,SPT)是目前研究、应用最多的电磁式推力器之一。本文以上海空间推进研究所研制的SPT-70推力器为对象,运用Langmuir双探针系统在真空舱内对其羽流场的电子温度和数密度进行测量。考察推进剂流量、放电功率等对流场的影响。实验所得结果为数值模拟提供输入和验证。然后,基于PIC-DSMC混合法,建立二维轴对称仿真模型。基于等离子体准中性假设,简化电子动量方程,假定电子等温流动,忽略磁场作用,不考虑碰撞作用,简化电子动量方程,引入Boltzmann关系式求解流场等离子体电势。仿真中考察了流场的电势、温度、速度、浓度分布,并通过与实测值的对比验证了仿真模拟。讨论了背压、扩张角、出口速度、参考电子温度、流量、羽流成分等因素对流场的影响,分析表明背压和扩张角对流场影响较大。进而,本文还首次在电子动量方程简化过程中,考虑了电子与离子和原子碰撞作用,保留摩擦项,在轴对称坐标系中建立五点差分格式,运用交替隐式法(AlternatingDirection Implicit,ADI)求解电势,这样的处理方法,在现有文献中未见报道。运用这一方法对SPT-70羽流特性的模拟结果表明,两种仿真结果较吻合,但在流场中心处新模型能获得比Boltzmann关系式更好的精度。总体上,仿真结果与实验值在数值上和变化趋势上基本一致,所建仿真模型能够有效预测流场参数。对国产SPT-70的羽流研究表明:该推力器的扩张角约为30°；额定工况下,流场电子温度约为2 eV,推力器出口下游羽流中心0.3～1.0 m处的电子数密度为2.5×1016×5.0×1015 m-3。此外,利用仿真所得的真空羽流温度、浓度等流场参数,结合已有的羽流反向蒙特卡罗辐射模型,还首次对SPT-70羽流进行了红外辐射特性分析,这是同类研究中尚未涉及的。分析表明,空间工作状况下的SPT羽流红外辐射能力相对于推力器表面和出口处极弱。\n 针对美国航空航天局格林研究中心开发的实验室脉冲等离子体推力器(PulsedPlasma Thruster,PPT),在直角坐标系中建立三维仿真模型,研究该推力器在20 J放电能量下的羽流场瞬时特性。仿真中,输入参数根据文献已有的二维仿真模型和实测结果确定。所建模型的电子动量方程中考虑库伦碰撞效应,即在处理离子运动问题时,除了电磁力还引入一个描述电子与离子和原子碰撞的局部力场,这样使得仿真模型与实际情况更为接近。将电子动量方程离散并建立七点差分格式,运用ADI法求解流场电势。研究了流场电子、离子、原子分布情况及其随时间的变化。通过与国外三探针实验数据以及二维轴对称模拟的对比表明,三维仿真模型不仅能够在平行和垂直于推力器电极的两个平面内有效预测流场参数,而且仿真精度优于二维模型,尤其是在仿真初期。三维仿真结果十分适合于与实测值进行对比,因为PPT羽流测量工作是分别在这个两个平面内完成的,而这是二维仿真所不能达到的。\n 总之,将实验测量和数值模拟相结合,研究电推力器等离子体羽流稳态、瞬态流动特性,这使得所得结果准确、可信、可行。文中所用的研究方法,所得的研究结果仍可为电推力器羽流的更深入研究提供参考。

关键词：电推力器等离子体羽流数值模拟微小卫星

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基于霍尔离子源的小型化电推力器仿真设计

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真空科学与技术学报 2021年第10期41卷 993-1000页

作者：张帆李平川张正浩赵杰唐德礼核工业西南物理研究院成都610041 成都同创材料表面科技有限公司成都610207 成都理工大学工程技术学院成都610059

市场化、小型化将成为中国商业遥感卫星发展的主流趋势,但与之相应的小型化推进系统是制约小型商业遥感卫星应用的一大因素。从上述原因考虑,本文以现有技术相对较为成熟的阳极层霍尔离子源装置结构为基础,通过粒子网格结合蒙特卡罗碰... 详细信息

市场化、小型化将成为中国商业遥感卫星发展的主流趋势,但与之相应的小型化推进系统是制约小型商业遥感卫星应用的一大因素。从上述原因考虑,本文以现有技术相对较为成熟的阳极层霍尔离子源装置结构为基础,通过粒子网格结合蒙特卡罗碰撞方法的数值仿真手段,对不同结构的小型化装置放电性能进行预测,分析影响装置工作性能的关键因素,最终得到装置小型化设计依据,为适用于小型化商业遥感卫星的电推力器提供又一种选择。针对小型化霍尔推力器装置的数值仿真计算结果显示,装置结构小型化设计的难点在于由放电区域缩小造成的放电效率和工作性能的下降,可以通过增强内外磁极之间磁场或延长电子在内外磁极间振荡路径来解决上述问题。

关键词：霍尔离子源电推力器小型化数值仿真结构设计

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电推力器羽流特性成像监测方法研究

电推力器羽流特性成像监测方法研究

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作者：王鑫杰哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

当电推力器工作时,通过电离产生大量等离子体,高能等离子体向外喷出产生推力并形成羽流,实现电推力器羽流三维空间监测和长时间监测对总结在轨飞行电推力器的工程特性具有重要的理论意义和应用价值。传统的探针法和光谱法需要通过机械... 详细信息

当电推力器工作时,通过电离产生大量等离子体,高能等离子体向外喷出产生推力并形成羽流,实现电推力器羽流三维空间监测和长时间监测对总结在轨飞行电推力器的工程特性具有重要的理论意义和应用价值。传统的探针法和光谱法需要通过机械装置不断改变探针和光纤探头的位置才能获得羽流部分空间信息,要想获得较为完整的空间信息分布是难以实现的。而图像法可以较为容易的获得羽流的二维信息,本文在CCD羽流成像的基础上,设计出可以对电推力器羽流实现三维监测和长时间监测的方法。首先,针对电推力器羽流的三维空间分辨监测和羽流长时间监测的需求,设计并加工了两套置于真空腔内成像监测装置,旋臂式扫描成像装置和固定式成像监测装置。利用成像监测装置进行实验测试并将得到图像数据进行预处理,利用不同的图片降噪方法对图像数据进行滤波降噪,并对比效果最终选择中值滤波作为图像预处理方式。其次,利用羽流图像信息和粒子发光原理之间的关系,并结合法拉第探针扫描方法,建立图像法电推力器羽流发散角计算模型。并利用真空腔内成像监测装置对离子推力器、霍尔推力器、阴极推力器分别进行羽流采集实验,将得到三种推力器不同工况的发散角与法拉第探针结果进行对比,发现图像法得到的羽流角随工况变化趋势与探针法相同,但是数值上相对较小。通过分析不同采集角度下阴极推力器羽流中的二维离子光强分布和原子光强分布,发现其羽流存在周向不对称性。再利用不同角度采集到的阴极推力器羽流图像,结合反投影算法,反演出羽流光强的三维分布。紧接着利用成像监测系统对霍尔推力器进行长时间诊断监测,分析霍尔推力器的发散角随时间的变化特性,同时也分析观察视窗污染对长时间的监测影响。然后定义了推力器羽流形态结构,分析羽流形态结构随时间的波动特性以及傅里叶频谱特性。简单介绍图像法获得电子温度的基本原理,并利用相关模型分析羽流中电子温度随时间的演化特性。最后,对监测装置在工程应用中的稳定性进行分析。通过对制冷装置的冷却仿真和实验进行对比,分析制冷装置的制冷效果。紧接着分析成像监测装置的噪声来源与产生原因,并分析温度和CCD相机的采集参数对成像噪声的影响。

关键词：电推力器羽流成像三维反演长时间监测电子温度

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基于电推力器进行南北位置保持的一种地球同步轨道注入参数方法

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空间控制技术与应用 2017年第6期43卷 8-12页

作者：周亮韩冬崔振江马雪北京控制工程研究所北京100190 空间智能控制技术重点实验室北京100190

电推力器在静止轨道卫星上应用越来越广泛,特别是基于电推力器进行南北位置保持,可以有效节省推进剂.提出改进的GPS星历参数解析算法,在此基础上考虑包含电推力模型在内多摄动项模型进行地面精密轨道计算,采用微分修正法,提出一种地球... 详细信息

电推力器在静止轨道卫星上应用越来越广泛,特别是基于电推力器进行南北位置保持,可以有效节省推进剂.提出改进的GPS星历参数解析算法,在此基础上考虑包含电推力模型在内多摄动项模型进行地面精密轨道计算,采用微分修正法,提出一种地球同步轨道注入参数方法,该方法可应用于星上自主完成基于电推力器的南北位置保持.仿真算例表明使用该方法得到的轨道注入参数,卫星能够在保证姿态确定精度的同时,完成南北位置保持任务.

关键词：电推力器南北位置保持改进GPS参数微分修正

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电推力器地面试验系统测试技术研究

电推力器地面试验系统测试技术研究

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作者：薛伟华大连理工大学

学位级别：硕士

电推进技术是先进的空间推进技术,其比冲比常规化学燃料发动机高出数倍,大大提高了卫星的有效载荷,延长了卫星在轨工作寿命；其推力通常小于1N,但电推力器启动次数多且工作时间长,累积后仍可获得较大的总冲。螺旋波等离子体推力器(HPT)... 详细信息

电推进技术是先进的空间推进技术,其比冲比常规化学燃料发动机高出数倍,大大提高了卫星的有效载荷,延长了卫星在轨工作寿命；其推力通常小于1N,但电推力器启动次数多且工作时间长,累积后仍可获得较大的总冲。螺旋波等离子体推力器(HPT)的电离效率高,比冲大,适用于较大质量卫星和探测器的空间推进。微腔放电推力器(MCDT)的尺寸和推力微小,适用于纳卫星的空间推进。电推力器地面试验工作是研制电推力器的重要环节,为电推力器工作性能验证提供了有效数据支持。本文首先对HPT的核心部件螺旋波等离子体源进行了详细工程设计设计了放电管和铜线圈的结构尺寸,模拟了在不同加载电流和线圈中心间距时的放电管内部磁场强度分布情况,计算出满足磁场强度峰值0.02T时的激发螺旋波天线长度为17cm,以及绘制了螺旋波等离子体源的整体结构图。由于推力是电推力器的重要性能参数之一,进而对电推力器的小推力开展测量方法研究。电推力器产生的微小推力分为连续型和脉冲型。连续型推力可视为恒力,脉冲型推力的被测量包括单脉冲冲量、多脉冲的平推推力和总冲量。分析常用小推力测量装置的动力学方程,输入量分别为恒力和脉冲力时,输出量为不同形式的测量装置动态响应,根据输出量和输入量的函数关系式即可获得小推力测量的不同方法。羽流是反映电推力器工作性能的重要依据,Langmuir探针诊断羽流等离子体参数有三种方法：单探针法、双探针法和三探针法。通过分析探针两端电压与流过探针电流的伏安特性曲线,可以获得计算等离子体电子温度和电子密度的方法。根据电推力器的工作特点,本文设计了基于虚拟仪器的电推力器地面试验测试系统,选用满足测试要求的数据采集卡、扫描电源和传感器,采用LabVIEW工具开发软件平台。该软件图形用户界面简洁直观易操作,不同界面之间的切换流畅自如。测试系统能实现对小推力、工质气体流量、真空度、放电室壁面温度等工作性能参数的自主测量、显示、存储和查询工作,能显示探针的伏安特性曲线并直接计算出羽流等离子体的电子温度和电子密度等参数。该测试系统经调试各功能运行正常,并成功应用于微腔放电射流装置实验中,以射流长度为指标确定工质流量和压强、出口直径和极间距等参数的最优组合。

关键词：电推力器螺旋波等离子体源推力测量 Langmuir探针虚拟仪器

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