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电推进羽流粒子束溅射的蒙特卡罗模拟

推进技术 2022年第5期43卷 399-407页

作者：商圣飞姜利祥李涛向树红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

为了研究电推进羽流对推力器及航天器造成的溅射腐蚀作用,采用蒙特卡罗方法对羽流等离子体对材料的溅射进行模拟,研究了溅射的级联碰撞机理,并开展了Xe离子正入射、斜入射Cu材料的溅射率、溅射产物的能量分布以及空间角分布的研究。结... 详细信息

为了研究电推进羽流对推力器及航天器造成的溅射腐蚀作用,采用蒙特卡罗方法对羽流等离子体对材料的溅射进行模拟,研究了溅射的级联碰撞机理,并开展了Xe离子正入射、斜入射Cu材料的溅射率、溅射产物的能量分布以及空间角分布的研究。结果显示,蒙特卡罗方法对溅射率和能量分布的计算结果与试验结果吻合较好,误差50%。认为影响溅射的主要因素为晶体的结构、二体碰撞的基本假设以及入射粒子的注入累积效应。

关键词：推力器电推进羽流溅射碰撞蒙特卡罗模拟粒子束

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场致发射电推力器羽流分布特性仿真

推进技术 2023年第6期44卷 191-199页

作者：罗杨陈茂林许诺高辉叶剑民韩志聪北京机械设备研究所北京100854 西北工业大学燃烧、热结构与内流场重点实验室陕西西安710072

场致发射电推力器(FEEP)是微型电推进装置的典型代表。为深入理解结构参数对推力器性能的影响机制,本文采用PIC粒子模拟方法进行泰勒锥射流纳米尺度结构至宏观毫米尺度结构的羽流场仿真,并分析结构参数变化导致的羽流形貌差异及其对推... 详细信息

场致发射电推力器(FEEP)是微型电推进装置的典型代表。为深入理解结构参数对推力器性能的影响机制,本文采用PIC粒子模拟方法进行泰勒锥射流纳米尺度结构至宏观毫米尺度结构的羽流场仿真,并分析结构参数变化导致的羽流形貌差异及其对推力器性能参数的影响。研究结果表明:发射极高度是决定推力器束流是否会分叉的关键参数,低于300μm的发射极高度易于导致束流分叉并严重影响推力器性能和寿命;引出栅极槽宽是决定束流发散角和推力比冲性能的关键参数,其影响幅值可达30%~50%,羽流发散角随槽宽增加而增大,推力比冲随之减小;发射极-引出栅极间距对推力器性能影响相对较小,可在较大范围内支持推力器稳定高效工作。根据FEEP推力器性能随结构参数的变化规律,建议结构参数取值范围为:发射极高度500~1000μm,引出栅极槽宽2000μm左右,发射极-引出栅极间距360~1300μm。

关键词：场致发射电推力器 PIC 结构参数羽流发散半角

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离子液体电喷推力器羽流中和特性研究

推进技术 2022年第4期43卷 427-436页

作者：孙振宁武志文郭云涛韩雨宁孙国瑞王宁飞北京理工大学宇航学院北京100081 天津电源研究所天津300384

电推进装置的带电羽流会对航天器产生多种危害,为了降低离子液体电喷推力器带电羽流对航天器产生的潜在安全风险,需要对其进行羽流中和。根据离子液体电喷推力器的羽流自中和特性,提出了时间变化法和空间变化法,并对其进行了实验验证。... 详细信息

电推进装置的带电羽流会对航天器产生多种危害,为了降低离子液体电喷推力器带电羽流对航天器产生的潜在安全风险,需要对其进行羽流中和。根据离子液体电喷推力器的羽流自中和特性,提出了时间变化法和空间变化法,并对其进行了实验验证。用时间变化法分析了单推力器的脉冲电压的频率、幅值和占空比对羽流中和特性的影响。以20Hz作为实验的条件,单推力器样机实现羽流中和的正负电压幅值比为0.95~0.98,在发射电压幅值分别为±2.2,±2.6,±3.0kV情况下,羽流中和时正电压占空比分别为35.5%,38.1%,40.4%。空间变化法中使用双推力器模块分析了电压幅值对羽流中和特性的影响。实验结果表明,两个推力器模块羽流中和时的正负电压幅值比为0.95~0.98,与时间变化法的实验结果基本一致,证明了两个推力器协同工作情况下羽流中和的可行性。

关键词：离子液体电喷推力器羽流自中和时间变化法空间变化法

2022汤加火山灰羽流的气溶胶光学、微物理和辐射特性

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Science Bulletin 2022年第19期67卷 2013-2021页

作者：桂柯车慧正田林王亚强石崇要文瑞梁苑新李雷郑宇张磊曾昭亮仲峻霆王志立张小曳 State Key Laboratory of Severe Weather&Key Laboratory of Atmospheric Chemistry of China Meteorological Administration Chinese Academy of Meteorological SciencesBeijing 100081China National Satellite Meteorological Center China Meteorological AdministrationBeijing 100081China State Key Laboratory of Remote Sensing Science Aerospace Information Research InstituteChinese Academy of SciencesBeijing 100081China

作为21世纪乃至近30年最强的火山喷发之一,2022年汤加火山喷发事件已经引起了广泛关注.研究表明,汤加火山喷发所产生的大量火山灰气溶胶突破对流层进入平流层,形成了一个顶部高度约为25~30 km的火山灰羽流.在喷发后的4天内,火山灰羽流... 详细信息

作为21世纪乃至近30年最强的火山喷发之一,2022年汤加火山喷发事件已经引起了广泛关注.研究表明,汤加火山喷发所产生的大量火山灰气溶胶突破对流层进入平流层,形成了一个顶部高度约为25~30 km的火山灰羽流.在喷发后的4天内,火山灰羽流在平流层环流的驱动下迅速向西移动了近10000 km.侵入平流层的火山灰气溶胶导致整个澳大利亚北部的大气气溶胶负荷显著增加,气溶胶光学厚度(AOD)在澳大利亚东北部海岸达到1.5,约为侵入前一日的15倍.此次汤加火山灰羽流主要以半径集中在~0.26μm处的细模态颗粒物为主,同时其体积峰值达到0.25μm^(3)μm^(-2).汤加火山喷发对平流层AOD和辐射平衡的影响显著,卫星观测到的平流层AOD的扰动高达0.6.这种扰动在很大程度上解释了区域性地表(大气层顶)的瞬时短波辐射强迫可达-105.0 W m^(-2)(-65.0 W m^(-2)).

关键词：火山喷发澳大利亚北部羽流火山灰卫星观测辐射平衡辐射特性 AOD

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羽流燃气属性对近距平板的受力影响研究

导弹与航天运载技术（中英文） 2023年第1期 118-121页

作者：陈浩杨依峰王锁柱张昱煜李晓轩北京航天长征飞行器研究所北京100076

以研究真空羽流环境下近距卫星底板的受力问题为目的,采用基于NS方程的连续流数值仿真方法开展分析研究。发现了燃气比热比通过影响激波形状和膨胀扇区进而影响下游平板受力的结果。获得了比热比和总压为该类问题关键参数,平均分子量和... 详细信息

以研究真空羽流环境下近距卫星底板的受力问题为目的,采用基于NS方程的连续流数值仿真方法开展分析研究。发现了燃气比热比通过影响激波形状和膨胀扇区进而影响下游平板受力的结果。获得了比热比和总压为该类问题关键参数,平均分子量和总温为非关键参数,以及比热比增加将导致羽流在底板上产生的轴向力减小的结论。通过等效比热比混合气体的计算结果,说明了开展该类喷流影响模拟试验的可行性。

关键词：羽流比热比气动力激波膨胀扇区

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台风影响下长江口羽流的响应与淡水输运机制

海洋通报 2023年第6期42卷 631-644页

作者：吴梦圆李铖张景思刘安琪葛建忠华东师范大学河口海岸学国家重点实验室上海200241 上海市海洋监测预报中心上海200062

河口区域冲淡水锋面及物质输运会对台风产生快速而复杂的响应,并产生显著的生态效应及沉积过程,且不同类型的台风会对水动力及物质输运产生不同影响。本文以长江河口为研究区域,利用盐度锋面附近的浮标站点观测数据,发现在登陆型超强台... 详细信息

河口区域冲淡水锋面及物质输运会对台风产生快速而复杂的响应,并产生显著的生态效应及沉积过程,且不同类型的台风会对水动力及物质输运产生不同影响。本文以长江河口为研究区域,利用盐度锋面附近的浮标站点观测数据,发现在登陆型超强台风“利奇马”的影响下,旋转流特征消失,站点全水深出现持续近两天的北向流;而在转向型强台风“巴威”的影响下,出现持续约三天的全水深南向流。应用覆盖长江口及邻近海域的有限体积海洋模型(FVCOM)对两次台风过程进行模拟,实验对比台风过境前后流场、盐度场并且计算淡水通量,发现台风过境时通过破坏夏季典型的向海扩张的表层平流型羽流结构,从而促进盐度垂向混合,导致大量淡水堆积在靠岸一侧,加强了沿岸的淡水输运,进而形成底部捕获型羽流。对于登陆型台风“利奇马”的影响,淡水输运主要沿苏北海岸向北,而在转向型台风“巴威”偏北风的影响下,淡水则显著沿岸向浙闽海域流动。这两种台风过后,表层淡水开始向海扩展,垂向盐度分层再一次呈现,在2~3天内完全恢复为表层平流型羽流结构。

关键词：长江口羽流台风淡水输运 FVCOM

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羽流问题对飞行器飞行影响研究

导弹与航天运载技术 2021年第6期 64-68页

作者：唐林卡李晓轩孙朝翔严东升万金杰北京航天长征飞行器研究所北京100076

飞行器上常用的姿态稳定控制发动机,其工作时产生的羽流会在真空中发生膨胀,对发动机周围的构件产生力热作用,造成飞行器结构损坏、飞行器飞行弹道改变,导致飞行失败或影响落点精度。为了解决羽流对某些种类飞行器造成的不利影响,针对... 详细信息

飞行器上常用的姿态稳定控制发动机,其工作时产生的羽流会在真空中发生膨胀,对发动机周围的构件产生力热作用,造成飞行器结构损坏、飞行器飞行弹道改变,导致飞行失败或影响落点精度。为了解决羽流对某些种类飞行器造成的不利影响,针对羽流流场特性开展了DSMC数值仿真和地面试验研究,给出了羽流影响的系统级预示和修正方法,并对预示结果的精度进行了评估。

关键词：羽流流场飞行影响

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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

基于粒子模拟的舱内布局对霍尔推进器真空羽流的影响

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航空动力学报 2020年第9期35卷 1988-1994页

作者：王军伟张磊龚洁韩潇刘然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

对霍尔推进器地面测试过程中真空环境下的羽流流场进行模拟研究,通过直接蒙特卡洛(DSMC)方法进行多种布局方式下的系列数值模拟,重点研究地面测试设施中舱内的抽氙冷板、束流挡板在不同布局环境下对真空羽流流场的影响。数值模拟结果显... 详细信息

对霍尔推进器地面测试过程中真空环境下的羽流流场进行模拟研究,通过直接蒙特卡洛(DSMC)方法进行多种布局方式下的系列数值模拟,重点研究地面测试设施中舱内的抽氙冷板、束流挡板在不同布局环境下对真空羽流流场的影响。数值模拟结果显示:抽氙冷板的布局位置对羽流流场影响较不明显,但应考虑舱内各处均布以防压力局部集聚过高形成阻力;束流挡板对返流粒子的抑制作用明显,对抽氙冷板等具有较好的防护功能,但也同时改变了羽流流场分布,甚至会影响到推进器的放电特性和性能表现。通过该数值模拟方法可以实现对舱内工艺设备的设计指导,对抽氙冷板、束流挡板等进行布局优化,继而为推进器地面测试提供更为有效的测试环境。

关键词：电推进真空流场羽流直接蒙特卡洛粒子模拟