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碘工质微直流离子推力器放电过程粒子模拟研究
1
作者
黄子霖
耿金越
+2 位作者
胡远
杨超
孙泉华
《推进技术》
北大核心
2025年第3期261-273,共13页
碘工质是电推进领域最重要的工质之一。为掌握碘工质在微直流离子推力器中的放电特性,并评估其在微型直流离子推力器中替代氙气工质的可行性,本文建立了二维几何、三维速度(2D3V)的PIC-MCC-DSMC紧耦合全粒子计算模型,对碘工质在MiXI构...
碘工质是电推进领域最重要的工质之一。为掌握碘工质在微直流离子推力器中的放电特性,并评估其在微型直流离子推力器中替代氙气工质的可行性,本文建立了二维几何、三维速度(2D3V)的PIC-MCC-DSMC紧耦合全粒子计算模型,对碘工质在MiXI构型微直流离子推力器内的放电过程开展了数值模拟。模拟结果显示碘分子在注入放电室后迅速被离解,放电室中主要中性粒子为碘原子I,碘原子电离产生的I^(+)为主要离子组分,密度约比I_(2)^(+)高一个数量级。在本文的基准工况下,输出的离子束流中82%由I^(+)贡献,I_(2)^(+)贡献了余下的18%。对比碘与氙在不同放电电压下的放电特性,本文发现两种工质的质量利用率和放电效率均十分接近,并且展现了一致的变化趋势。本文研究结果表明:在微型直流离子推力器中,碘工质具有和氙工质十分相似的放电性能和对放电参数的响应特性。现有的氙气工质微型直流离子推力器的放电优化策略对碘工质推力器的设计和优化具有极强的参考价值。
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关键词
微型
直流
离子
推力器
碘工质
完全动理学模拟
PIC-MCC-DSMC耦合算法
替代工质放电性能
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职称材料
氮工质ECRIT离子源性能计算与实验研究
2
作者
谈人玮
杨涓
+1 位作者
牟浩
吴先明
《西北工业大学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第2期274-281,共8页
2 cm电子回旋共振离子推力器(electron cyclotron resonance ion thruster,ECRIT)具有无热阴极、比冲高等特点,适用于吸气式电推进系统。为了适应低轨道氮氧混合大气成分特点,开展氮工质ECRIT离子源的性能计算与实验研究,是分析ECRIT应...
2 cm电子回旋共振离子推力器(electron cyclotron resonance ion thruster,ECRIT)具有无热阴极、比冲高等特点,适用于吸气式电推进系统。为了适应低轨道氮氧混合大气成分特点,开展氮工质ECRIT离子源的性能计算与实验研究,是分析ECRIT应用于吸气电推进系统的可行性的重要基础。建立了氮工质2 cm ECRIT离子源的整体模型并计算其性能,再与实验结果相互对比,分析两者差别。研究结果表明:①当离子源的输入功率为8 W,气体流量为2 ml/min时,离子引出束流和推力的计算与实验结果均达到最大值,引出束流分别为16.2与12.5 mA,推力分别476.6与368μN。②当输入功率为8 W,气体流量为0.6 ml/min时,比冲的计算与实验结果为2095.8与1855.6 s,均达到最大值,离子引出束流、推力和比冲的计算与实验结果的相对误差变化范围均为2%~32%。③当计算采用的输入功率为8 W,气体流量为1 ml/min,实验采用的输入功率为8 W,气体流量为0.8 ml/min时,离子源都处于最优工作状态,此时推进剂利用效率较高,分别为17.8%和16.2%;离子能量损耗较低,分别为443.9和596.2 W/A。
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关键词
吸气式电推进
微型
ECR
离子
推力器
整体模型
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职称材料
题名
碘工质微直流离子推力器放电过程粒子模拟研究
1
作者
黄子霖
耿金越
胡远
杨超
孙泉华
机构
中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室
中国科学院大学工程科学学院
中国科学院力学研究所宽域飞行工程科学与应用中心
出处
《推进技术》
北大核心
2025年第3期261-273,共13页
基金
国家自然科学基金(12275019,12202458)。
文摘
碘工质是电推进领域最重要的工质之一。为掌握碘工质在微直流离子推力器中的放电特性,并评估其在微型直流离子推力器中替代氙气工质的可行性,本文建立了二维几何、三维速度(2D3V)的PIC-MCC-DSMC紧耦合全粒子计算模型,对碘工质在MiXI构型微直流离子推力器内的放电过程开展了数值模拟。模拟结果显示碘分子在注入放电室后迅速被离解,放电室中主要中性粒子为碘原子I,碘原子电离产生的I^(+)为主要离子组分,密度约比I_(2)^(+)高一个数量级。在本文的基准工况下,输出的离子束流中82%由I^(+)贡献,I_(2)^(+)贡献了余下的18%。对比碘与氙在不同放电电压下的放电特性,本文发现两种工质的质量利用率和放电效率均十分接近,并且展现了一致的变化趋势。本文研究结果表明:在微型直流离子推力器中,碘工质具有和氙工质十分相似的放电性能和对放电参数的响应特性。现有的氙气工质微型直流离子推力器的放电优化策略对碘工质推力器的设计和优化具有极强的参考价值。
关键词
微型
直流
离子
推力器
碘工质
完全动理学模拟
PIC-MCC-DSMC耦合算法
替代工质放电性能
Keywords
Micro DC ion thruster
Iodine propellant
Fully kinetic simulations
PIC-MCC-DSMC coupling algorithm
Discharge performance of alternative propellants
分类号
V231.1 [航空宇航科学与技术—航空宇航推进理论与工程]
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职称材料
题名
氮工质ECRIT离子源性能计算与实验研究
2
作者
谈人玮
杨涓
牟浩
吴先明
机构
西北工业大学航天学院
兰州空间技术物理研究所
出处
《西北工业大学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第2期274-281,共8页
基金
国家自然科学基金(11875222)资助。
文摘
2 cm电子回旋共振离子推力器(electron cyclotron resonance ion thruster,ECRIT)具有无热阴极、比冲高等特点,适用于吸气式电推进系统。为了适应低轨道氮氧混合大气成分特点,开展氮工质ECRIT离子源的性能计算与实验研究,是分析ECRIT应用于吸气电推进系统的可行性的重要基础。建立了氮工质2 cm ECRIT离子源的整体模型并计算其性能,再与实验结果相互对比,分析两者差别。研究结果表明:①当离子源的输入功率为8 W,气体流量为2 ml/min时,离子引出束流和推力的计算与实验结果均达到最大值,引出束流分别为16.2与12.5 mA,推力分别476.6与368μN。②当输入功率为8 W,气体流量为0.6 ml/min时,比冲的计算与实验结果为2095.8与1855.6 s,均达到最大值,离子引出束流、推力和比冲的计算与实验结果的相对误差变化范围均为2%~32%。③当计算采用的输入功率为8 W,气体流量为1 ml/min,实验采用的输入功率为8 W,气体流量为0.8 ml/min时,离子源都处于最优工作状态,此时推进剂利用效率较高,分别为17.8%和16.2%;离子能量损耗较低,分别为443.9和596.2 W/A。
关键词
吸气式电推进
微型
ECR
离子
推力器
整体模型
Keywords
air-breathing electric propulsion
miniature ECR ion thruster
global model
分类号
V439.2 [航空宇航科学与技术—航空宇航推进理论与工程]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
碘工质微直流离子推力器放电过程粒子模拟研究
黄子霖
耿金越
胡远
杨超
孙泉华
《推进技术》
北大核心
2025
0
在线阅读
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职称材料
2
氮工质ECRIT离子源性能计算与实验研究
谈人玮
杨涓
牟浩
吴先明
《西北工业大学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023
0
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职称材料
已选择
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