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10 cm考夫曼型离子推力器放电室关键参数优化

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北京航空航天大学学报 2023年第8期49卷 1974-1981页

作者：胡竟耿海杨福全郭德洲王东升李建鹏兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室兰州730000 北京航空航天大学材料科学与工程学院北京100191

放电室构型设计是离子推力器结构设计的基础与核心,直接影响到放电室工作能效及整机工作寿命。针对新型航天器在轨飞行任务对大推力、长寿命连续变推力离子推力器的应用需求,探究了影响10 cm离子推力器整机效能的放电室关键参数因子,揭... 详细信息

放电室构型设计是离子推力器结构设计的基础与核心,直接影响到放电室工作能效及整机工作寿命。针对新型航天器在轨飞行任务对大推力、长寿命连续变推力离子推力器的应用需求,探究了影响10 cm离子推力器整机效能的放电室关键参数因子,揭示了发散场放电室的磁场发散度、电子通道面积及阴极位置等敏感参数对放电室性能的影响作用关系。开展了10 cm离子推力器放电室参数构型的优化与验证。结果表明:在不改变整机结构的情况下,通过优化放电室关键参数,10 cm离子推力器最大输出推力由20 mN提升至25 mN,提升近25%,推力调节范围由1~20 mN扩展至1~25 mN,全范围内推力分辨率均优于50μN,且推力器在20 mN最佳工作点的阳极电压由43.5 V降至38.4 V,放电损耗由345 W/A降至308 W/A,预估整机寿命将由15000 h提升至17500 h。研究为推动10 cm离子推力器的在轨扩展应用提供了一定的技术支撑。

关键词：无拖曳飞行连续变推力离子推力器宽范围放电室

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离子推力器放电室参数在线优化实验研究

推进技术 2018年第3期39卷 709-714页

作者：孔令轩顾左吴辰宸郭宁王蒙郭德洲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

为了改进氙离子推力器传统优化实验方法,针对环切场放电室设计多维优化调节机构,通过步进电机配合电磁铁实现放电室设计参数的在线实时调节。实验中在线调节放电室长径比、中间磁极靴位置、阴极顶位置等参数,得到了放电室性能影响规律,... 详细信息

为了改进氙离子推力器传统优化实验方法,针对环切场放电室设计多维优化调节机构,通过步进电机配合电磁铁实现放电室设计参数的在线实时调节。实验中在线调节放电室长径比、中间磁极靴位置、阴极顶位置等参数,得到了放电室性能影响规律,经迭代实验获取了优化后的放电室构型及磁场参数。优化后的推力器性能曲线"膝点"较正交实验结果更加靠后,在工质利用率80%~90%区间内,束离子电离能耗低于正交实验优化结果。在线优化实验方法极大缩短了离子推力器设计周期,降低研制成本,并弥补了传统方法需多次破空导致参数一致性差的不足。

关键词：离子推力器放电室在线调节步进电机多维优化

LIPS-200离子推力器放电室原初电子动力学行为的数值模拟研究

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推进技术 2015年第1期36卷 155-160页

作者：陈娟娟张天平刘明正贾艳辉孙安邦兰州空间技术物理研究所甘肃兰州730000 Centrum Wiskunde & Informatica 1090 GB Amsterdam

为了得到试验测量不到的气体放电过程中电磁场作用下单个原初电子的动力学行为，建立了LIPS-200离子推力器放电室二维仿真模型，应用网格粒子法（PIC）和蒙特卡洛碰撞（MCC）模拟法对其进行了研究。模拟得到在额定工况下原初电子和中性... 详细信息

为了得到试验测量不到的气体放电过程中电磁场作用下单个原初电子的动力学行为，建立了LIPS-200离子推力器放电室二维仿真模型，应用网格粒子法（PIC）和蒙特卡洛碰撞（MCC）模拟法对其进行了研究。模拟得到在额定工况下原初电子和中性原子之间的碰撞概率、原初电子损耗率、电磁场分布对其运动速度及运动轨迹的影响等。结果表明磁铁表面磁感强度最大，越靠近放电室内部磁感强度越小，对称轴区域无磁场分布，原初电子在电磁场作用下沿磁力线作加速螺旋运动；运动等离子体的自洽电势大小范围仅为0~2.0V，几乎不会影响等离子体运动；对应总原初电子个数为1.2×106时直接被阳极表面吸收的损耗率仅为0.02%。

关键词： LIPS-200 离子推力器放电室原初电子 PIC/MCC数值模拟

离子推力器溅射沉积物防剥离放电室的设计及激光选区熔化增材制造研究

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推进技术 2024年第5期45卷 259-266页

作者：李建鹏靳伍银赵以德代鹏张兴民张文涛兰州理工大学机电工程学院甘肃兰州730050 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

为了抑制离子推力器寿命末期由溅射沉积导致的放电室膜层剥落物脱落,首先采用理论研究和试验的方法开展了剥落物抑制放电室的设计,基于零件结构和增材制造特点开展了零件工艺性分析并提出解决方案,实现了放电室增材制造,开展了离子推力... 详细信息

为了抑制离子推力器寿命末期由溅射沉积导致的放电室膜层剥落物脱落,首先采用理论研究和试验的方法开展了剥落物抑制放电室的设计,基于零件结构和增材制造特点开展了零件工艺性分析并提出解决方案,实现了放电室增材制造,开展了离子推力器放电室溅射物防脱落性能测试。结果表明:放电室内表面设计纹理化结构排布形式为正六边形,凸起部分外接圆直径0.5 mm,间距0.25 mm,高度0.5 mm时可降低溅射沉积物脱落概率及碎屑尺寸,通过分层旋转扫描,选择激光功率425 W,扫描速度1200 mm/s工艺参数可实现大尺寸薄壁、具有复杂微小特征钛合金回转体制造,通过结构拓扑,镂空点阵结构、工艺参数和空间摆放位置优化,成型零件壁厚一致性偏差小于0.10 mm。放电室优化前后推力器性能稳定,各工作点关键参数相对误差小于4%。本文的研究为离子推力器放电室溅射沉积物脱落抑制方法和复杂结构的激光选区熔化增材制造成型提供了工程应用方案。

关键词：离子推力器放电室溅射沉积物选区激光熔化抑制

考夫曼离子推力器放电室数值模拟研究综述及展望

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推进技术 2022年第6期43卷 1-14页

作者：鹿畅夏广庆张军军孙斌李益文大连理工大学航空航天学院辽宁大连116024 大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室辽宁大连116024 大连理工大学辽宁省空天飞行器前沿技术重点实验室辽宁大连116024 空军工程大学航空等离子体动力学重点实验室陕西西安710051

首先分析了影响考夫曼离子推力器放电性能的关键因素,然后按照仿真模型的维度对考夫曼离子推力器放电室数值模拟方法进行了分类综述和优缺点分析,并针对以流体方法为基础的各向异性界面问题进行了分析。在此基础上,概述了零维模型、二... 详细信息

首先分析了影响考夫曼离子推力器放电性能的关键因素,然后按照仿真模型的维度对考夫曼离子推力器放电室数值模拟方法进行了分类综述和优缺点分析,并针对以流体方法为基础的各向异性界面问题进行了分析。在此基础上,概述了零维模型、二维模型和三维模型下针对放电室所取得的数值模拟研究结果。最后对考夫曼离子推力器放电室数值模拟研究进行了总结及展望。

关键词：电推进考夫曼离子推力器放电性能放电室数值模拟

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20cm离子推力器放电室流场计算模拟

强激光与粒子束 2015年第5期27卷 200-206页

作者：孙明明张天平吴先明兰州空间技术物理研究所真空低温技术与物理国家级重点实验室兰州730030

为了优化20cm离子推力器放电室内部推进剂供气方式，研究了在不发生气体放电时，推力器阳极和主阴极供气接口处的流体速度和压强，并以此开展推力器放电室内部的流场计算。结果表明：采用单阳极供气管方式，阳极出口处压强为4～158Pa，... 详细信息

为了优化20cm离子推力器放电室内部推进剂供气方式，研究了在不发生气体放电时，推力器阳极和主阴极供气接口处的流体速度和压强，并以此开展推力器放电室内部的流场计算。结果表明：采用单阳极供气管方式，阳极出口处压强为4～158Pa，气流出口速度为0．1～47m／s；阴极小孔出口处的压强约为33．1Pa，出口速度约为12m／s；考虑真空系统的返流作用时，单阳极供气管方式下放电室内部压强为***～0．4Pa，大部分区域Xe原子数密度为（O．2～3）×10^18／m3，在靠近栅极的部分区域数密度达到9×10^19／m3左右；在增加阳极组件的供气管数量后，阳极的气体出口速度为18-40m／s，放电室压强为0．03～O．1Pa，大部分区域Xe原子数密度为（0．72～2．4）×10^19／m3，靠近阳极与主阴极进气端的小部分区域原子数密度约2×10^17／m3，且放电室内部原子密度整体分布较为均匀。

关键词：离子推力器放电室供气方式流场原子数密度分布

10 cm考夫曼离子推力器放电室锥段结构特性分析及优化

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推进技术 2024年

作者：高梓涵康会峰周兰英鹿畅夏广庆北华航天工业学院航空宇航学院河北省小卫星技术及应用国际联合研究中心大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室大连理工大学辽宁省空天飞行器前沿技术重点实验室

基于提升10 cm考夫曼离子推力器性能的需求，对不同锥-柱角放电室内的磁场分布、等离子体密度以及原初电子的运动轨迹进行分析与优化。结果表明：60°及更小角度的锥段结构可以在放电室内形成良好的50 Gs包络面；45°的锥段结构在放电... 详细信息

基于提升10 cm考夫曼离子推力器性能的需求，对不同锥-柱角放电室内的磁场分布、等离子体密度以及原初电子的运动轨迹进行分析与优化。结果表明：60°及更小角度的锥段结构可以在放电室内形成良好的50 Gs包络面；45°的锥段结构在放电室内主电离区的等离子体密度可以达到7.08×1018m-3，且原初电子在放电室内的初次扩散覆盖率可以达到40%，相同时长阳极的损失量为36.8%，相对其他锥-柱角放电室损失量减少约10%～20%。由于锥段结构的变化，使得放电室内底部和锥段附近的磁场分布产生变化，原初电子在磁场约束下的扩散效果以及损失情况发生变化，进而影响放电室内的等离子体分布，最终确定45°的锥段结构更为合适。

关键词：离子推力器放电室锥-柱角磁场分布等离子体电子轨迹

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放电室等离子体诊断朗缪尔探针设计分析

真空与低温 2018年第4期24卷 275-278页

作者：王涛张天平张海亮兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室兰州730000

放电室是离子推力器的核心部件,国外开展离子推力器放电室等离子体诊断的实验研究工作较早也较成熟,目前国内开展离子推力器放电室的等离子体参数诊断相关实验研究较少。应用朗缪尔探针可诊断离子推力器放电室等离子体的参数,介绍了朗... 详细信息

放电室是离子推力器的核心部件,国外开展离子推力器放电室等离子体诊断的实验研究工作较早也较成熟,目前国内开展离子推力器放电室的等离子体参数诊断相关实验研究较少。应用朗缪尔探针可诊断离子推力器放电室等离子体的参数,介绍了朗缪尔探针的基本原理及数据处理并设计了一种用于离子推力器放电室等离子诊断的朗缪尔探针,说明了朗缪尔探针诊断误差的影响因素并提出了相应的处理方法。

关键词：离子推力器放电室等离子体朗缪尔探针

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放电室防火报警系统的设计

电池工业 2002年第6期7卷 294-297页

作者：梁朝湘朱锦辉梧州新华电池股份有限公司广西梧州543002

介绍了放电室防火报警系统的设计要求、电路组成及工作原理。该系统用气敏元件作火警的传感器,用NE555集成块处理火警信号。当放电室有火警时,系统立即发出声光报警,并切断放电室的电源,5年多使用结果表明,该系统安全可靠。

关键词：放电室防火报警系统设计电池放电检测