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Experiment of Hall thruster plume effects on different ground experimental conditions

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航空动力学报 2019年第7期34卷 1568-1576页

作者： SU Yang CAI Guobiao HE Bijiao shang shengfei LIU Peng LIANG Wei School of Astronautics Beijing University of Aeronautics and AstronauticsBeijing100191China Science and Technology on Reliability and Environmental Engineering Laboratory Beijing Institute of Spacecraft Environment EngineeringChina Aerospace Science and Technology CorporationBeijing100094China Electric Propulsion Department Shanghai Institute of Space PropulsionChina Aerospace Science and Technology CorporationShanghai201112China

Reducing the influence of back-sputtering effect can effectively improve the accuracy of the measurement of the Hall thruster plume *** crystal microbalance(QCM)was used to measure the deposition and sputtering distribution of HET-40 thruster plume on two different experimental conditions:case1,using liquid nitrogen heat sinks and case 2,without using liquid nitrogen heat ***,X-ray photoelectron spectroscopy(XPS)was used to analyze the composition of the QCM surface after two *** results of the two experiments showed that the sputtering rate under the condition of case 1 was slightly higher than case *** within the range of 90°to 110°relative to the thruster axis,case 1 experiment result showed sputtering effect,while case 2 experiment showed deposition *** analysis of the experimental results,it can be found that using liquid nitrogen heat sink to reduce the temperature of the inner wall surface of vacuum chamber can effectively adsorb the particles sputtered by the plume and reduce the concentration of back-sputtering particles,leading to the above phenomenon.

关键词： vacuum exhaust plume sputtering effect deposition effect Hall thruster HET-40

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离子推力器束流密度分布模型

真空科学与技术学报 2015年第12期35卷 1414-1419页

作者：商圣飞顾左贺碧蛟蔡国飙北京航空航天大学宇航学院北京100191 兰州物理研究所兰州730000

束流密度分布模型公式对了解推力器羽流场下游比较大范围内的束流特性,以及在工程应用中对评估离子推力器对舱体的溅射污染效应有重要意义。同时也对地面试验的工况快速确定及结果估计有重要的工程应用价值。然而,现有的两个束流模型均... 详细信息

束流密度分布模型公式对了解推力器羽流场下游比较大范围内的束流特性,以及在工程应用中对评估离子推力器对舱体的溅射污染效应有重要意义。同时也对地面试验的工况快速确定及结果估计有重要的工程应用价值。然而,现有的两个束流模型均不能很好的描述离子推力器的羽流特性。本文在已有的两个模型的基础上提出了新的束流密度分布模型,并与试验结果相比吻合度较好。本文的束流密度模型与已有的两个模型相比,本文的模型能够更好地描述离子推力器的束流密度分布。

关键词：离子推力器羽流束流密度半经验模型

低能Ar^+、Xe^+轰击SiO_2的溅射模型

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北京航空航天大学学报 2017年第9期43卷 1766-1772页

作者：张建华夏勇丁利商圣飞北京航空航天大学宇航学院北京100083

为了得到在低能条件下更为精确的Ar^+和Xe^+轰击SiO_2的溅射模型,对已有化合物溅射模型进行调研分析,总结了3种溅射模型,分别为Pencil模型、Bach模型和Seah模型,并对其不足之处加以分析。在Seah模型基础上,对溅射阈值采用新的计算方法,... 详细信息

为了得到在低能条件下更为精确的Ar^+和Xe^+轰击SiO_2的溅射模型,对已有化合物溅射模型进行调研分析,总结了3种溅射模型,分别为Pencil模型、Bach模型和Seah模型,并对其不足之处加以分析。在Seah模型基础上,对溅射阈值采用新的计算方法,并利用等效原子法改进溅射参数和表面键能的计算方法,形成改进后的新模型。结合已有的关于Ar^+和Xe^+法向轰击SiO_2的实验数据,对4种模型的计算结果进行对比分析。对于Ar^+和Xe^+法向轰击SiO_2,改进后的溅射模型的均方根误差最小,拟合优度最高,均优于其他3种模型。说明在低能状态下,采用改进后的模型可以更为精确地计算Ar^+和Xe^+轰击SiO_2的溅射率。

关键词：氩离子氙离子二氧化硅溅射改进

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防溅射靶对离子推力器背溅射沉积污染的影响

航空动力学报 2019年第5期34卷 1178-1184页

作者：商圣飞向树红姜利祥蔡国飙顾左北京卫星环境工程研究所可靠性与环境工程技术重点实验室北京100094 北京航空航天大学宇航学院北京100191 兰州物理研究所电推进事业部兰州730000

针对目前对真空舱背溅射沉积污染的计算模型误差较大的问题,对地面实验中离子推力器的背溅射沉积污染效应开展了研究,提出了更精确的计算模型。由于Reynolds的模型对束流密度在轴向上误差较大,采用改进型的离子束流模型对偏离推力器80c... 详细信息

针对目前对真空舱背溅射沉积污染的计算模型误差较大的问题,对地面实验中离子推力器的背溅射沉积污染效应开展了研究,提出了更精确的计算模型。由于Reynolds的模型对束流密度在轴向上误差较大,采用改进型的离子束流模型对偏离推力器80cm位置的真空舱背溅射沉积率做了计算,并与实验结果对比校验,结果吻合较好。用校验过的模型对光舱环境和防溅射靶环境的背溅射沉积效应开展研究,研究结果显示:光舱工况的返流沉积率为2.36×10-10 g/(cm2·s),安装防溅射分子屏的工况在推力器上的背溅射沉积率为2.51×10-11 g/(cm2·s),结果表明添加防溅射分子屏后背溅射沉积污染量可以降低近1个量级。

关键词：离子推力器羽流背溅射沉积污染石英微量天平防溅射靶

LIPS200离子推力器羽流污染地面试验研究

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真空科学与技术学报 2016年第10期36卷 1156-1161页

作者：杨哲蔡国飙顾左商圣飞北京航空航天大学宇航学院北京100191 中国空间技术研究院北京100094 兰州物理研究所兰州730000

为系统地了解离子推力器羽流的沉积、溅射污染效应,评估其污染程度,进而指导离子推力器的安装布置位置,本文对20 cm离子推力器的羽流污染效应进行了地面试验研究。实验内容主要采用石英微量天平测量模拟星体敏感部件及太阳能电池帆板等... 详细信息

为系统地了解离子推力器羽流的沉积、溅射污染效应,评估其污染程度,进而指导离子推力器的安装布置位置,本文对20 cm离子推力器的羽流污染效应进行了地面试验研究。实验内容主要采用石英微量天平测量模拟星体敏感部件及太阳能电池帆板等9处不同位置的溅射、沉积污染率。结果显示离子推力器地面试验沉积效应和溅射刻蚀效应同时存在,在半角72°以外的区域主要表现为沉积效应,在半角32°的位置溅射刻蚀效应明显;溅射率随被测点与推力器束流轴线的夹角的增大成Reynolds分布趋势。

关键词：离子推力器羽流溅射沉积污染试验石英微量天平

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不同孔型对高超声速逆喷流气膜冷却影响

航空动力学报 2020年第8期35卷 1612-1621页

作者：商圣飞向树红姜利祥杨艳静孙继鹏中国航天科技集团有限公司中国空间技术研究院北京卫星环境工程研究所北京100094 北京卫星环境工程研究所可靠性与环境工程技术重点实验室北京100094

主要对不同孔型在不同质量流量下对高超声速逆喷流气膜冷却影响规律开展研究,得到不同孔型对气膜冷却效果的影响规律。采用CFD计算方法,对飞行高度为50 km,飞行马赫数为15条件下圆柱孔、收缩孔、扩张孔、收缩-扩张孔4种孔型开展研究。... 详细信息

主要对不同孔型在不同质量流量下对高超声速逆喷流气膜冷却影响规律开展研究,得到不同孔型对气膜冷却效果的影响规律。采用CFD计算方法,对飞行高度为50 km,飞行马赫数为15条件下圆柱孔、收缩孔、扩张孔、收缩-扩张孔4种孔型开展研究。研究显示:小流量供气时,收缩孔和圆柱孔会出现长穿透模态(LPM)工作状态,扩张孔和收缩-扩张孔则不会出现;随着喷流流量的增大,喷流会从LPM转向短穿透模态(SPM),此时继续增大气膜喷流流量,并不会显著增大冷却收益。综合整个流域的变化,扩张孔在高超声速飞行器头部逆流喷流气膜冷却中是比较稳定可靠的气膜冷却孔。

关键词：高超声速飞行器气膜冷却气膜孔形状热流密度逆喷流

Maxwell模型中keV能量的Xe粒子对铜表面的适应系数

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航空动力学报 2020年第10期35卷 2216-2222页

作者：商圣飞姜利祥向树红蔡国飙贺碧蛟王文龙中国空间技术研究院北京卫星环境工程研究所北京100094 北京卫星环境工程研究所可靠性与环境工程技术重点实验室北京100094 北京航空航天大学宇航学院北京100191 中国空间技术研究院北京空间飞行器总体部北京100094

使用热流传感器对氙离子推力器轴向距离为500、700 mm和900 mm,径向角度为0°~15°(推力器出口平面中心为圆心,推力器出口轴线为0°)范围内羽流热流密度的分布进行了实验研究,获得了热流随角度和半径变化的实验数据。采用PIC-DSMC (part... 详细信息

使用热流传感器对氙离子推力器轴向距离为500、700 mm和900 mm,径向角度为0°~15°(推力器出口平面中心为圆心,推力器出口轴线为0°)范围内羽流热流密度的分布进行了实验研究,获得了热流随角度和半径变化的实验数据。采用PIC-DSMC (particle in cell direct simulation of Monte Carlo)算法在不同适应系数下对实验条件进行仿真分析,对比仿真结果和实验结果得到适应系数。结果表明:keV能量的Xe粒子对热流传感器表面(铜)的适应系数接近1。

关键词：电推进羽流热流分布适应系数粒子与壁面相互作用 Maxwell模型

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真空强电磁场环境下铝的二次电子倍增规律

北京航空航天大学学报 2023年第7期49卷 1606-1613页

作者：商圣飞杨晓宁杨勇毕研强武南开于澜涛北京卫星环境工程研究所北京100094 可靠性与环境工程技术重点实验室北京100094

针对卫星表面受强电磁环境的影响导致的充放电问题,采用1D3V的粒子网格(PIC)方法对卫星表面铝材料在空间强电磁环境作用下的二次电子倍增作用规律进行研究。结果表明:星表铝材料在不同微波幅值、不同频率下的二次电子倍增效应存在“最... 详细信息

针对卫星表面受强电磁环境的影响导致的充放电问题,采用1D3V的粒子网格(PIC)方法对卫星表面铝材料在空间强电磁环境作用下的二次电子倍增作用规律进行研究。结果表明:星表铝材料在不同微波幅值、不同频率下的二次电子倍增效应存在“最易”倍增区间;二次电子倍增规律表现为在特定频率下,铝的二次电子倍增随着微波电场幅值的增大先增强后降低,表现出最佳倍增区间的效应;在特定幅值下,铝的二次电子倍增效应也会先增强后降低,但是整体表现出低频时倍增强,高频时抑制倍增的效应。

关键词：高功率微波空间电磁环境星表材料二次电子倍增放电

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大口径低温泵抽速性能研究

真空科学与技术学报 2014年第12期34卷 1375-1379页

作者：马树微王文龙商圣飞位立军蔡国飙北京航空航天大学宇航学院 93469部队

针对大口径大抽速低温泵的抽速性能进行了研究。由于我国对小于400 mm的低温泵的抽速测试有规范,但是对1250 mm大口径的低温泵还没有规范,因此类比电子行业标准低温泵总规范SJ/T11259-2001中规定的抽速测试方法,提出了一种在真空系统中... 详细信息

针对大口径大抽速低温泵的抽速性能进行了研究。由于我国对小于400 mm的低温泵的抽速测试有规范,但是对1250 mm大口径的低温泵还没有规范,因此类比电子行业标准低温泵总规范SJ/T11259-2001中规定的抽速测试方法,提出了一种在真空系统中实际测量低温泵抽速的方法;采用流量标定法获得低温泵在不同氮气流量下的压强和抽速,最后将抽速的理论值和试验值进行了比较分析。结果表明,低温泵在1-10 m L/min小进气条件下的抽速为44441-53280 L/s,在大进气条件200-800 m L/min时抽速为51393-59132 L/s,均小于低温泵的理论抽速60891 L/s。小流量进气条件下的实际抽速低于大流量下的实际抽速。并给出影响抽速的因素不仅与被抽气体物性参数、低温泵流导参数及冷凝板面积等自身参数有关还受到真空舱的体积、实际材料放气等因素的影响。

关键词：低温泵理论抽速实际抽速真空