检索结果-南通市图书馆

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

离子发动机交换电荷离子分布的数值模拟

离子发动机交换电荷离子分布的数值模拟

作者：仇钎北京航空航天大学

学位级别：硕士

目前离子发动机已经较多地应用于空间飞行任务中,国外已经开始投入商用与深空探测项目。离子发动机羽流中产生的交换电荷离子会影响航天器的正常工作,准确地评估交换电荷离子分布特性对于离子发动机的应用与发展具有重要作用。离子发动... 详细信息

目前离子发动机已经较多地应用于空间飞行任务中,国外已经开始投入商用与深空探测项目。离子发动机羽流中产生的交换电荷离子会影响航天器的正常工作,准确地评估交换电荷离子分布特性对于离子发动机的应用与发展具有重要作用。离子发动机实验耗时长、成本高,而数值模拟却可以在较短的时间内获得更详尽的信息,目前数值模拟方法主要有质点网格-蒙特卡罗碰撞(PIC-MCC)法与直接模拟蒙特卡罗(DSMC)法。PIC粒子模拟方法需要模拟大量粒子,传统的中央处理器(CPU)串行求解效率很低,并行集群系统造价又十分昂贵。近年来图形处理器(GPU)的性能迅速提高,其性价比高、计算密度大、能耗低等优势十分明显。大规模的并行计算因此得以在个人计算机(PC)上实现,有利于提高科学研究的效率。为了研究交换电荷离子的分布规律,本文采用PIC-MCC法对离子发动机交换电荷离子进行数值模拟,建立了二维轴对称模型和三维笛卡尔坐标模型,分别采用交替方向隐式迭代(ADI)法与完全近似存储格式的代数多重网格(FAS-AMG)法求解电场方程,MCC碰撞抽样过程中采用并行MT19937算法生成随机数。分别开发了基于CPU的粒子模拟系统和采用计算设备统一架构(CUDA)技术基于GPU的并行粒子模拟系统。模拟结果表明交换电荷离子在电场作用下会向束流区外运动,并在发动机栅极下游形成扩张型电场结构,一部分离子在电场力作用下会向发动机上游运动,其速度超过7000m/s,这些高速返流离子将会对航天器表面造成冲击。在发动机栅极上游约0.4m处获得交换电荷离子数密度为1×1010～5×1010/cm3,与国外相关报道基本一致。GUP并行模拟取得了与CPU串行模拟一致的结果,并获得约4.5～10倍的加速比。

关键词：离子发动机交换电荷离子质点网格-蒙特卡罗碰撞模拟离子模拟 GPU并行计算

电推进等离子体对航天器表面带电影响的理论研究

同方学位论文库评论

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

高电压技术 2016年第5期42卷 1449-1454页

作者：冯娜李得天杨生胜陈益峰赵呈选汤道坦兰州空间技术物理研究所兰州730000

电推进在轨工作时将产生低温稠密等离子体,与地球同步轨道的空间离子体特性存在较大差异,且等离子体中的低速交换电荷离子易受到卫星表面电位的作用,形成返流并作用于卫星表面材料,对航天器表面充放电效应产生重要的影响。为此,综合考... 详细信息

电推进在轨工作时将产生低温稠密等离子体,与地球同步轨道的空间离子体特性存在较大差异,且等离子体中的低速交换电荷离子易受到卫星表面电位的作用,形成返流并作用于卫星表面材料,对航天器表面充放电效应产生重要的影响。为此,综合考虑材料二次电子和背散射电子发射电流,分析电推进产生等离子体充电电流特性,基于充放电平衡方程进行电推进等离子体及空间等离子体共同作用下的表面带电机理研究。研究结果表明:地磁亚暴时期,航天器表面受到地球同步轨道等离子体的影响,其表面电位可高达–10~4 k V;电推进工作时,其羽流等离子体充电电流为10-3 A/m^2,远大于空间等离子体充电电流,从而成为卫星表面带电的主要影响因素;同时电推进等离子体将航天器表面电位中和至–10 V,即电推进交换电荷返流可以有效缓解由空间等离子体造成的危害性表面充放电效应。

关键词：电推进地球同步轨道表面带电充放电平衡方程空间等离子体交换电荷离子

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

离子发动机羽流二维轴对称数值模型与验证

北京航空航天大学学报 2011年第12期37卷 1498-1503页

作者：任军学王艳仇钎汤海滨北京航空航天大学宇航学院北京100191 北京空间机电研究所北京100190

为了解离子发动机羽流特别是交换电荷离子(CEX,Charge-Exchange)的分布和流动特性,建立了离子发动机羽流的物理模型,采用粒子网格(PCI,Particle in Cell)方法对2种型号的离子发动机羽流场进行数值模拟计算,与其地面实验数据进行对比分析... 详细信息

为了解离子发动机羽流特别是交换电荷离子(CEX,Charge-Exchange)的分布和流动特性,建立了离子发动机羽流的物理模型,采用粒子网格(PCI,Particle in Cell)方法对2种型号的离子发动机羽流场进行数值模拟计算,与其地面实验数据进行对比分析.结果表明:在CEX离子密度大小及分布、电势的大小及最大电势梯度的位置、CEX离子流动角方面,模拟结果同实验结果符合得相当好.在电势结构方面,由于舱壁电势的影响,模拟结果同实验结果相比有一些差别.羽流模型和计算结果为相关羽流实验和数值模拟研究提供参考.

关键词：离子发动机羽流粒子网格交换电荷离子数值模拟

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

离子发动机羽流特性的数值模拟

航空动力学报 2013年第6期28卷 1372-1379页

作者：任军学顾左郭宁仇钎汤海滨北京航空航天大学宇航学院北京100191 兰州物理研究所真空低温技术与物理重点实验室兰州730000

离子发动机羽流中产生的交换电荷(CEX)离子返流会影响航天器的正常工作.建立离子发动机羽流模型,采用单元内粒子方法(PIC)对羽流场进行数值模拟计算.结合DS-1探测器飞行实验的测量结果,分析了卫星电势、电子温度、卫星几何尺寸、推力器... 详细信息

离子发动机羽流中产生的交换电荷(CEX)离子返流会影响航天器的正常工作.建立离子发动机羽流模型,采用单元内粒子方法(PIC)对羽流场进行数值模拟计算.结合DS-1探测器飞行实验的测量结果,分析了卫星电势、电子温度、卫星几何尺寸、推力器工作特性等对相关因素对CEX离子返流特性的影响.结果表明:从推力器出口附近到卫星背面,CEX离子密度为108～1012 m-3.当卫星电势从-15V变化到27V,测量点位置处CEX离子密度从0.65×1012 m-3变化到1.5×1012 m-3.羽流中CEX离子密度和电势结构随电子温度变化不大,但电势大小随电子温度成比例地变化.同一位置处不同工况下CEX离子的密度可根据CEX离子生成率与工作点参数间的关系式准确地估计.卫星安装推力器的表面起着对CEX离子返流屏蔽和降低的作用.

关键词：离子发动机羽流单元内粒子交换电荷离子数值模拟

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

本底真空对推力器加速栅截获CEX离子电流

真空科学与技术学报 2013年第5期33卷 444-448页

作者：李忠明贾艳辉李小平张天平义乌工商学院机电信息分院义乌322000 兰州空间技术物理研究所兰州730000

离子推力器地面寿命考核和加速寿命试验是在地面真空舱中进行的,真空舱本底真空会对离子推力器性能和寿命特别是加速栅截获电流有重要影响。为了确定20 cm氙离子推力器地面试验本底压力,本文采用PIC-MCC方法,计算了不同本底真空下栅极... 详细信息

离子推力器地面寿命考核和加速寿命试验是在地面真空舱中进行的,真空舱本底真空会对离子推力器性能和寿命特别是加速栅截获电流有重要影响。为了确定20 cm氙离子推力器地面试验本底压力,本文采用PIC-MCC方法,计算了不同本底真空下栅极系统中性原子位置、密度分布和交换电荷(Charge Exchange,CEX)离子位置、速度和密度分布。模拟计算了在不同真空舱本底真空下20 cm氙离子推力器加速栅极截获的CEX离子电流,与实验结果符合较好,并通过理论方法确定了加速栅电流随真空舱本底真空变化的"拐点"。计算结果可以为离子推力器长寿命考核试验和栅极系统加速寿命试验真空舱本底真空的选择提供了参考。

关键词：离子推力器 PIC-MCC方法交换电荷离子加速栅电流真空舱压力

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

双级加速离子光学系统几何参数研究

激光与光电子学进展 2017年第4期54卷 196-203页

作者：贾连军张天平陈娟娟贾艳辉刘明正兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室甘肃兰州730000

针对双级加速离子光学系统的设计,开展了栅极几何参数对离子光学系统性能影响的研究。采用质点网格法和蒙特卡罗碰撞法开展栅极关键几何参数对束流引出能力、束流发散角、交换电荷(CEX)离子的截获影响规律研究;另外,还开展了不同比冲下... 详细信息

针对双级加速离子光学系统的设计,开展了栅极几何参数对离子光学系统性能影响的研究。采用质点网格法和蒙特卡罗碰撞法开展栅极关键几何参数对束流引出能力、束流发散角、交换电荷(CEX)离子的截获影响规律研究;另外,还开展了不同比冲下束流发散角、碰撞交换电荷离子的变化趋势研究。研究结果表明,屏栅孔径对束流引出能力、束流发散角、CEX离子截获电流以及鞍点电势都有影响,随着屏栅孔径的增加,束流引出能力、束流发散角和鞍点电势呈上升趋势。加速栅孔径的变化对CEX离子得能量分布有影响,随着加速栅孔径的增大,截获的高能CEX离子逐渐减少,而随着加速栅厚度的增加,束流发散角、CEX离子的截获数量和能量呈上升趋势。在8000s比冲下,加速级间距的改变对束流引出能力影响较小。另外,比冲对离子光学系统性能也有影响,比冲越高,束流发散角越小,且加速栅截获的CEX离子也越少。

关键词：测量离子推力器双级加速离子光学系统质点网格法和蒙特卡罗碰撞法交换电荷离子数值模拟

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

离子推力器羽流特性及其污染分析

上海航天 2005年第4期22卷 36-40页

作者：陈琳英宋仁旺兰州物理研究所甘肃兰州730000

介绍了与电推进系统有关的空间环境效应的形成原因及其对航天器性能、寿命等的影响。阐述了离子火箭发动机羽流内束离子、中性推进剂原子、交换电荷(CEX)离子和电子等主要成分与航天器相互作用的过程及机理。分析表明,离子推力器出口处... 详细信息

介绍了与电推进系统有关的空间环境效应的形成原因及其对航天器性能、寿命等的影响。阐述了离子火箭发动机羽流内束离子、中性推进剂原子、交换电荷(CEX)离子和电子等主要成分与航天器相互作用的过程及机理。分析表明,离子推力器出口处的中性推进剂原子与高速束离子流碰撞后产生的CEX离子Xe+,以及带电离子轰击推力器组件特别是加速极所产生的金属CEX离子,是造成离子火箭发动机羽流污染的主要成分。在此基础上提出了若干防污染措施。

关键词：离子火箭发动机羽流污染交换电荷离子金属交换电荷离子

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

离子推力器羽流二维轴对称数值模拟

离子推力器羽流二维轴对称数值模拟

电推进等离子体对航天器表面带电影响的理论研究

粤港澳大湾区真空科技与宽禁带半导体应用高峰论坛暨2017年广东省真空学会学术年会

作者：高攀北京航空航天大学航空科学与工程学院

为了揭示交换电荷离子的运动情况,本文建立了二维轴对称羽流模型,采用混合PIC-MCC方法对UK-10离子推力器羽流进行了数值模拟,并将计算结果与实验测量结果进行了对比分析,结果表明:束流区内离子数密度高出返流区接近3个量级,羽流区径向... 详细信息

为了揭示交换电荷离子的运动情况,本文建立了二维轴对称羽流模型,采用混合PIC-MCC方法对UK-10离子推力器羽流进行了数值模拟,并将计算结果与实验测量结果进行了对比分析,结果表明:束流区内离子数密度高出返流区接近3个量级,羽流区径向电势差明显高于轴向;部分交换电荷离子(CEX)会在径向电场的加速作用下朝推力器前方运动形成返流,会对航天器表面造成污染;背压对束流区以外CEX离子速度和数密度影响较大,在数值模拟中不能忽略背压的影响。

关键词：离子推力器羽流 PIC-MCC 交换电荷离子数值模拟

来源： cnki会议评论

在线全文

cnki会议

学校读者我要写书评

暂无评论

电推进等离子体对航天器表面带电影响的理论研究