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稳态等离子发动机器壁腐蚀的光谱诊断

稳态等离子发动机器壁腐蚀的光谱诊断

作者：于善猛哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

稳态等离子发动机(Stationary Plasma Thruster简称SPT)是Hall发动机的一种,在航天方面有着广阔的应用前景,可用于卫星的精确定位、轨道保持、姿态控制等方面。SPT具有体积小,结构紧凑,推力小,比冲大的特点,这类发动机的寿命长,能够提... 详细信息

稳态等离子发动机(Stationary Plasma Thruster简称SPT)是Hall发动机的一种,在航天方面有着广阔的应用前景,可用于卫星的精确定位、轨道保持、姿态控制等方面。SPT具有体积小,结构紧凑,推力小,比冲大的特点,这类发动机的寿命长,能够提高卫星的有效载荷,节约发射成本,能完成远距离的探测任务。具有环形的放电通道是Hall推进器的基本特征,电子在环形通道内形成闭环漂移,离子在通道内轴向电场的作用下加速以产生推力。由于通道内离子束的发散导致部分离子轰击到通道表面,造成了环形通道器壁的溅射腐蚀。在限制推进器寿命的因素中,通道器壁溅射腐蚀最为严重,因此对通道器壁腐蚀的研究具有重要意义。本文基于发射光谱法,用Avaspace 8通道光栅光谱仪对SPT通道器壁腐蚀进行分析。主要内容包括: 光谱诊断实验系统的构建。对光学实验系统的构建进行了详细论述,主要包括光学系统的测量原理及方案、光学组件的特点及性能、光学系统的标定过程,综合整个光路和光学传感器件对光信号的影响,对系统误差进行了分析。不同磁聚焦情况下内外器壁的腐蚀速率的光谱诊断。磁聚焦对通道腐蚀具有重要影响。本文通过测量聚焦和发散2种状态下的陶瓷器壁特征元素谱线的强度随着时间的变化,结合理论分析和实验数据得出不同磁聚焦下发动机器壁腐蚀速率变化的规律。放电电压和阳极质量流量对通道器壁腐蚀的影响。针对不同放电电压和阳极质量流量下的通道器壁的腐蚀进行了研究,分析了放电电压和质量流量这两个运行参数对发动机寿命的影响的规律,并从机理上进行了分析。

关键词：稳态等离子发动机器壁腐蚀光谱诊断

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运行参数对SPT器壁腐蚀影响的光谱诊断

光机电信息 2010年第11期27卷 95-98页

作者：于善猛中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033

影响稳态等离子发动机(简称"SPT")器壁腐蚀的因素很多:鞘层电势、器壁形貌、离子轰击的能量分布等,利用数值模拟的方法研究腐蚀情况比较困难,计算结果和实验结果相差较大。本文基于发射光谱法,利用Avaspace光栅光谱仪对SPT通道器壁特征... 详细信息

影响稳态等离子发动机(简称"SPT")器壁腐蚀的因素很多:鞘层电势、器壁形貌、离子轰击的能量分布等,利用数值模拟的方法研究腐蚀情况比较困难,计算结果和实验结果相差较大。本文基于发射光谱法,利用Avaspace光栅光谱仪对SPT通道器壁特征元素的谱线进行分析。通过测量不同质量流量和放电电压下的陶瓷器壁特征元素谱线强度随时间的变化,结合理论分析得出不同运行参数下发动机器壁腐蚀速率变化的规律。

关键词：稳态等离子发动机器壁腐蚀光谱诊断

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霍尔推力器壁面腐蚀形貌演化结构稳定性研究

霍尔推力器壁面腐蚀形貌演化结构稳定性研究

作者：何琳琳哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

霍尔推力器的器壁腐蚀是制约推力器的寿命的主要因素。本文将围绕霍尔推力器器壁腐蚀主要现象中蕴含的机理进行分析与研究,对霍尔推力器器壁腐蚀进行理论研究,分析器壁腐蚀的阶段性特性,为霍尔推力器器壁腐蚀机理提供理论依据。首先对... 详细信息

霍尔推力器的器壁腐蚀是制约推力器的寿命的主要因素。本文将围绕霍尔推力器器壁腐蚀主要现象中蕴含的机理进行分析与研究,对霍尔推力器器壁腐蚀进行理论研究,分析器壁腐蚀的阶段性特性,为霍尔推力器器壁腐蚀机理提供理论依据。首先对霍尔推力器壁面腐蚀形貌演化结构稳定性的研究思路以及研究方法进行一个较为详尽的阐述。首先把霍尔推力器壁面腐蚀形成的形貌的现象进行一个较为全面的阐述,为下面研究机理打下基础;其次阐述一下器壁腐蚀热点研究问题的研究动态和主要观点,尤其是目前还没有定论的反常腐蚀形成机理的各种观点,并对各种观点的合理性进行分析;最后运用类比的方法提出运用结构稳定性的观点来分析霍尔推力器的器壁腐蚀机理。其次主要针对霍尔推力器器壁腐蚀的阶段特性进行研究。首先,计算霍尔推力器轴向壁面演化过程,分析轴向的小坑的演化过程,分析小坑的存在性;其次通过计算分析理想离子入射条件下的周向矩形沟槽的壁面演化结果,分析影响壁面演化的因素的重要性;然后基于PIC粒子模拟得出的参数模拟周向矩形沟槽的壁面演化结果;通过轴向和周向的计算结果统计出腐蚀速率,分析霍尔推力器器壁腐蚀的阶段特性。接着针对霍尔推力器器壁腐蚀周向形貌演化的正反馈机制进行理论分析研究。提出反常腐蚀形成的基础是愈演愈烈的正反馈机制。最后针对形成反常腐蚀部分基本形态进行机理分析。直观的可以观察到反常腐蚀形成的沟是越来越深的,并且与轴向存在一个夹角,针对这些现象进行机理分析。通过分析离子参数的分布来分析产生这种现象的原因。进一步通过上述的计算与分析,得到离子周向避让特性及角特性。

关键词：霍尔推力器器壁腐蚀结构稳定性反常腐蚀

霍尔推进器预电离对低频振荡及壁面腐蚀影响的机理研究

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霍尔推进器预电离对低频振荡及壁面腐蚀影响的机理研究

作者：权路路哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

霍尔推进器(Hall Thruster)是一种利用正交电磁场作用来实现工质原子电离以及粒子加速的装置,由于具有效率和比冲较高,寿命较长的特点,近年来在深空探测和微小卫星姿态控制等领域获得了广泛的应用。但是,在航天器任务向多元化发展的大... 详细信息

霍尔推进器(Hall Thruster)是一种利用正交电磁场作用来实现工质原子电离以及粒子加速的装置,由于具有效率和比冲较高,寿命较长的特点,近年来在深空探测和微小卫星姿态控制等领域获得了广泛的应用。但是,在航天器任务向多元化发展的大背景下,人们对于霍尔推进器的工作寿命和工作状态的稳定性要求也越来越高。实验证明,预电离可以对放电腔内的物理过程以及稳态下的物理参数产生影响,但是具体的影响过程以及预电离率的确定还没有人做过系统分析,本文即针对预电离对象对低频振荡以及缓冲腔的壁面腐蚀状况展开研究。首先,本文建立了基于fully-kinetic PIC-MCC(质点网格法-蒙特卡洛碰撞法)算法的二维轴对称模型来对霍尔推进器放电通道内的物理过程进行数值模拟,该程序模型包括三部分:计算模型的建立及参数设置,等离子体模拟程序以及腐蚀计算程序。其中,由于PIC算法计算量巨大,通常采用缩放粒子质量以及增大介电常数的方法来加快计算收敛,本文通过缩小不同倍数的重粒子质量探究了缩放粒子质量这种加速方法对霍尔推进器稳定形态物理参数的影响,并根据模拟结果选择了合适的缩放倍数。其次,低频振荡是霍尔推进器工作状态中观察到的一种放电电流自发震荡的现象。新型霍尔推进器在原有霍尔推进器的基础上增加了缓冲腔,实验证明缓冲腔的增加有效抑制了放电通道的低频振荡。本文的主要模拟工作就基于霍尔推进器放电通道内低频振荡现象的抑制来展开,通过在原子入射时增加不同的离子数来模拟不同预电离的等离子体,然后将不同预电离率下得到的放电电流进行快速傅里叶变换得到震荡频谱,并分析预电离与低频振荡之间的相互关系。此外,本文还模拟了SPT-100型Hall推进器的壁面腐蚀过程,探究了预电离对推进器壁面腐蚀的影响,其中壁面腐蚀的速率是根据壁面材料的溅射产额公式计算得出的。通过给出缓冲区不同的预电离率,分析与之相对应的预电离率作用下器壁腐蚀演化的规律。研究结果表明,随着预电离率的逐渐增大,霍尔推进器放电通道内的低频振荡现象有所减弱,但是放电通道的壁面腐蚀状况却也随之增加。因此,基于预电离能够抑制低频振荡却加剧腐蚀的特性,在进行新一代推进器的研发过程中要合理选择预电离率以提高推进器的综合性能和寿命。

关键词：霍尔推进器低频振荡预电离器壁腐蚀

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液化石油气罐鼓包分层的原因及解决措施

石油化工腐蚀与防护 2020年第2期37卷 62-64页

作者：吴军中亚能源有限责任公司吉尔吉斯斯坦比什凯克720001

介绍了中亚能源有限责任公司催化裂化装置稳定塔液化石油气罐的特点,分析了液化石油气罐鼓包、分层及器壁腐蚀的原因.对该罐进行了彻底检测,针对问题提出了相应的解决措施.

关键词：催化裂化液化石油气罐鼓包分层器壁腐蚀

霍尔推力器运行参数对通道腐蚀影响的数值分析

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霍尔推力器运行参数对通道腐蚀影响的数值分析