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霍尔推力器内部等离子体流场数值分析

推进技术 2005年第3期26卷 270-275页

作者：廖宏图余水淋康小录上海航天动力机械研究所上海200233

建立以宏观电中性、不同种类粒子间滑移流动为基本假设的一维多流体简化模型,构造了相应的数值计算方法,用于分析霍尔推力器(亦称稳态等离子体推力器,简称SPT)的加速器通道内部物理过程。在适当边界条件以及适当模型常数条件下,能够获... 详细信息

建立以宏观电中性、不同种类粒子间滑移流动为基本假设的一维多流体简化模型,构造了相应的数值计算方法,用于分析霍尔推力器(亦称稳态等离子体推力器,简称SPT)的加速器通道内部物理过程。在适当边界条件以及适当模型常数条件下,能够获得无论在定性还是定量上都与实际比较接近的收敛的稳态解。结果显示,电势降落集中在出口附近,离子加速过程与该电势降落一致;在通道前半段电离比较剧烈,而在出口附近趋于平缓,出口电离度接近80%;由于焦耳加热作用,电子从出口截面向阳极漂移过程中,其温度由初始的约10eV首先提升到接近60eV的峰值,该峰值出现在离出口约1/3通道长度位置上;随后,由于越来越多的能量损耗于电离过程,到阳极附近电子温度降至约25eV。受其中的一些假设所限,本模型不能反映一些特殊区域和某些比较重要的物理过程,同时能够收敛的条件也受到了限制。

关键词：霍尔推力器^+ 内部过程等离子体流动分布数值分析

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无加热器空心阴极的击穿电压特性研究

推进技术 2022年第1期43卷 393-400页

作者：于博余水淋康小录赵青上海空间推进研究所上海空间发动机工程技术研究中心上海201112 电子科技大学资源与环境学院四川成都611731

为预估无加热器空心阴极(HHC)的击穿电压,基于汤森放电理论结合对起始击穿路径判定方法,建立一种击穿电压预估的新算法(JBP法).接着,开展HHC击穿试验以验证该算法的计算精度,计算与试验所得的击穿电压-气体流率曲线(BV-fr)具有较好的吻... 详细信息

为预估无加热器空心阴极(HHC)的击穿电压,基于汤森放电理论结合对起始击穿路径判定方法,建立一种击穿电压预估的新算法(JBP法).接着,开展HHC击穿试验以验证该算法的计算精度,计算与试验所得的击穿电压-气体流率曲线(BV-fr)具有较好的吻合度,误差在2.1%~5.6%,并且,揭示BV-fr曲线的“类直线”特性,以证明JBP算法的合理性。在此基础上,对HHC不同关键尺寸下的BV-fr曲线进行数值计算。结果表明,随气体流率升高,HHC的起始击穿路径总会从长路径向短路径转移,而增加间隙中最长路径的长度可以有效实现低流率下的击穿电压降低,本文工况可降低177 V。

关键词：无加热器空心阴极 JBP算法击穿电压路径转移起始击穿路径

太阳翼电池串基于静电放电所需要的安全距离设计研究

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推进技术 2023年第4期44卷 267-276页

作者：于博张岩余水淋康小录上海空间推进研究所上海201112 上海空间发动机工程技术研究中心上海201112

太阳翼电池串的静电放电作用会产生电池串之间的导通电流以及表面热流,对太阳翼的可靠性带来较大影响。为研究上述问题,本文提出一种等离子体空间电阻数值模型,以求解电池串导电表面之间的空间电阻。基于验证试验,该数值模型的误差为3.1... 详细信息

太阳翼电池串的静电放电作用会产生电池串之间的导通电流以及表面热流,对太阳翼的可靠性带来较大影响。为研究上述问题,本文提出一种等离子体空间电阻数值模型,以求解电池串导电表面之间的空间电阻。基于验证试验,该数值模型的误差为3.19%~7.82%,可基本满足研究需要。在此基础上,针对各类等离子体环境、不同放电电压以及不同间隙下的电池串之间的导通电流和表面热流密度进行数值计算,获得了导通电流和表面热流密度的变化规律,并总结出电池片之间安全距离的建议设计值。

关键词：太阳翼电池串静电放电等离子体电阻导通电流安全距离

基于LabVIEW的集成式多探针等离子体诊断系统

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推进技术 2011年第6期32卷 882-888页

作者：董磊康小明赵万生康小录余水淋张乾鹏上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 上海空间推进研究所上海200233

为了提高电推进羽流诊断自动化程度,解决传统等离子体诊断方法测试周期长、精度低和数据处理复杂等问题,以LabVIEW为开发平台研制了一种电推力器羽流自动诊断系统。该系统集成了Langmuir单探针、Langmuir双探针、RPA离子能量分析仪和法... 详细信息

为了提高电推进羽流诊断自动化程度,解决传统等离子体诊断方法测试周期长、精度低和数据处理复杂等问题,以LabVIEW为开发平台研制了一种电推力器羽流自动诊断系统。该系统集成了Langmuir单探针、Langmuir双探针、RPA离子能量分析仪和法拉第筒等几种常见静电探针,可通过软件实现不同探针的选择切换,扫描电源波形控制、电流及电压信号采集、曲线降噪与滤波、数据处理及计算结果显示和保存等功能。与传统逐点手动方法相比,该系统显著地提高了等离子体羽流诊断的速度和精度。

关键词：电推进等离子体诊断 LabVIEW Langmuir探针

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霍尔推力器羽流对S波段电磁波的衰减研究

中国空间科学技术 2019年第5期39卷 19-27页

作者：于博张敏余水淋康小录电子科技大学信息地学研究中心成都611731 上海空间推进研究所上海201112 上海空间发动机工程技术研究中心上海201112

霍尔推力器羽流对S波段电磁波信号有衰减作用,这对星上推力器与天线的布置策略有重要影响。为研究S波段电磁波的衰减程度,建立几何光路算法,对电磁波在等离子体羽流媒质中的传输衰减进行数值描述,并以试验所测的信噪比数据来验证算法精... 详细信息

霍尔推力器羽流对S波段电磁波信号有衰减作用,这对星上推力器与天线的布置策略有重要影响。为研究S波段电磁波的衰减程度,建立几何光路算法,对电磁波在等离子体羽流媒质中的传输衰减进行数值描述,并以试验所测的信噪比数据来验证算法精度。验证试验采用空间透射波法,在相同工况的试验与计算结果对比中,最大计算误差为26.1%,平均误差为7.3%;在趋势上,试验结果与计算结果保持一致。在此基础上,针对84个在轨典型工况进行S波段电磁波信噪比衰减计算,结果显示:羽流对电磁波的吸收作用是影响衰减的主要因素,衰减最大区域出现在天线位置0.3~0.6 m、方向角15°~30°的区域,衰减值在-7^-4 dB之间。该结果可为霍尔推力器与天线在卫星的布置提供参考依据。

关键词：霍尔推力器羽流几何光路 S波段电磁波衰减电推进

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霍尔推力器羽流对太阳翼的溅射影响规律

中国空间科学技术 2018年第5期38卷 7-16页

作者：于博王宣余水淋康小录上海空间推进研究所上海201112 电子科技大学电子学院成都611731 上海空间发动机工程技术研究中心上海201112

霍尔推力器羽流对太阳翼的溅射作用是影响翼板工作性能、卫星供能稳定性的重要因素。为深入研究霍尔推力器羽流在不同布置工况下对太阳翼的溅射影响规律,采用单元粒子/直接蒙特卡洛碰撞模型(PIC/DSMC)求解羽流等离子体的输运过程,其中... 详细信息

霍尔推力器羽流对太阳翼的溅射作用是影响翼板工作性能、卫星供能稳定性的重要因素。为深入研究霍尔推力器羽流在不同布置工况下对太阳翼的溅射影响规律,采用单元粒子/直接蒙特卡洛碰撞模型(PIC/DSMC)求解羽流等离子体的输运过程,其中对离子的扩散作用采用基于菲克定律的求解模型,并以Yamamura溅射模型来求解等离子体对太阳翼表面的溅射产额。为验证修正扩散模型后的算法精度,在真空舱内开展羽流诊断试验,以试验与计算结果的对比来修正扩散经验参数以及验证计算精度。试验结果表明,在扩散系数kd=1.26×10-36 N·m4时,该模型计算误差在8.7%左右。在此基础上,对不同的推力器方位角、推力器与翼板距离工况,开展羽流对太阳翼的溅射产额计算。计算结果给出太阳翼表面溅射分布随方位角、距离增加的依变规律,并进行了相关透光率影响程度的讨论,可对推力器的星上布置提供参考依据。

关键词：霍尔推力器羽流溅射太阳翼数值计算

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霍尔推力器热设计优化研究

真空科学与技术学报 2018年第2期38卷 150-156页

作者：于博余水淋黄浩康小录电子科技大学物理电子学院成都611731 上海空间推进研究所上海201112 上海空间发动机工程技术研究中心上海201112

霍尔推力器的热设计对磁场性能有显著影响。为研究推力器的热优化方法,对典型霍尔推力器进行热分布计算。采用热传导与热辐射耦合的计算方法,以辐射传递系数替代角系数,来表征微元表面间的相对位置对热辐射的影响。为验证模型及相关经... 详细信息

霍尔推力器的热设计对磁场性能有显著影响。为研究推力器的热优化方法,对典型霍尔推力器进行热分布计算。采用热传导与热辐射耦合的计算方法,以辐射传递系数替代角系数,来表征微元表面间的相对位置对热辐射的影响。为验证模型及相关经验参数的正确性,在真空舱中开展推力器试验件的放电试验,获得推力器外部4个测点的温度,并以此结果与同结构、同工况下的计算数据进行比对,模型的最大相对误差可以控制在10%以内。在此基础上,考察了几种典型的热设计方法对导磁组件温度分布的影响,接着,对最优方案进行磁场性能变化的评估。本文结果可对霍尔推力器的热设计优化提供参考。

关键词：霍尔推力器数值分析辐射传递系数热设计优化

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磁屏蔽对小功率霍尔推力器性能的影响机理

推进技术 2022年第12期43卷 441-452页

作者：于博余水淋康小录上海空间推进研究所上海201112 上海空间发动机工程技术研究中心上海201112

霍尔磁屏蔽技术是一种延长推力器工作寿命的技术,但对于小功率霍尔推力器而言,磁屏蔽作用会对推进性能产生较大的衰减影响。为深入研究这种影响机制,本文建立一种结合单元粒子法(PIC)/等离子体化学动力学碰撞(PCD)的模型来求解霍尔推力... 详细信息

霍尔磁屏蔽技术是一种延长推力器工作寿命的技术,但对于小功率霍尔推力器而言,磁屏蔽作用会对推进性能产生较大的衰减影响。为深入研究这种影响机制,本文建立一种结合单元粒子法(PIC)/等离子体化学动力学碰撞(PCD)的模型来求解霍尔推力器等离子体流场。为验证数值模型的正确性,在真空舱内开展验证试验,针对无磁屏蔽工况和高强磁屏蔽工况分别进行推力、特征光谱的测量,以同等工况下的计算值和试验测量值进行对比,验证模型的精度。在此基础上,利用数值模型针对四种工况下的推力器光功耗数据进行计算,并分析相关规律的物理机制。结果表明,光功耗是影响推力器性能下降的主要因素,最强磁屏蔽工况中的光功耗能效可超过24%(无屏蔽工况:13.6%),该特性与电子温度分布整体外推、电子升温有直接关系,而本质原因在于放电室出口位置的磁镜磁场构型。

关键词：小功率霍尔推力器磁屏蔽性能衰减数值模拟光功耗

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霍尔电推进流量调节模块研制及在轨验证

火箭推进 2016年第1期42卷 20-25,32页

作者：杭观荣余水淋上海空间推进研究所上海201112

流量调节模块是霍尔电推进系统的关键模块,用于精确控制霍尔推力器的推进剂流量。上海空间推进研究所在多年研究工作的基础上,针对国内首次霍尔电推进空间飞行任务,选用金属多孔材料作为节流器件,成功研制了小型化微流量控制器及具有主... 详细信息

流量调节模块是霍尔电推进系统的关键模块,用于精确控制霍尔推力器的推进剂流量。上海空间推进研究所在多年研究工作的基础上,针对国内首次霍尔电推进空间飞行任务,选用金属多孔材料作为节流器件,成功研制了小型化微流量控制器及具有主备份支路的流量调节模块。本文介绍了流量调节模块设计思路、研制过程中的重要试验和在轨飞行验证情况,并针对后续电推进发展需求,提出流量调节模块的后续发展思路。

关键词：霍尔电推进流量调节模块流量控制器在轨飞行验证