大高径比值对霍尔推力器放电特性的影响研究

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作者 范昊天 孙强 +1 位作者 杨慧欣 丁永杰 《推进技术》 北大核心 2025年第6期311-320,共10页

大高径比霍尔推力器具备轻量化固有优势和高性能潜在优势,有望满足多样化空间任务对高性能电推进系统的迫切需求,但由于缺乏有效的大高径比设计准则,其综合性能仍存在较大的提升空间。为促进大高径比霍尔推力器高径比值选取准则的建立,... 大高径比霍尔推力器具备轻量化固有优势和高性能潜在优势,有望满足多样化空间任务对高性能电推进系统的迫切需求,但由于缺乏有效的大高径比设计准则,其综合性能仍存在较大的提升空间。为促进大高径比霍尔推力器高径比值选取准则的建立,本文通过数值仿真手段探究了大高径比值对霍尔推力器放电特性的影响及其内在机制。研究结果表明,高径比变化的衍生影响主要受工质电离效率和离子壁面损失主导,其与各粒子的密度分布、能量分布以及其间的空间匹配关系密切相关。就放电性能而言,霍尔推力器存在一个最佳高径比值,对于典型工况下的1.35 kW级霍尔推力器,该最佳高径比值为0.67。在最佳高径比条件下,霍尔推力器内部的高气体密度区与电子聚集区匹配良好,由此可获得较高的工质利用率和电流利用率,推力器放电效率也因此达到最大值。 展开更多

关键词 空间电推进 霍尔推力器 大高径比值 放电特性 数值仿真

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于达仁 先进动力专家

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作者 于达仁 《航空制造技术》 北大核心 2012年第13期32-33,共2页

(1):多年来,您在先进动力技术领域从事了深入的、系统性的研究,请介绍一下您的研究进展. 于达仁:这些年做了一些国家有需求、自己感兴趣的研究,主要分为3个方面: 第一个方面是等离子体发动机.这是一种利用电磁场把推进剂电离加速到大约1... (1):多年来,您在先进动力技术领域从事了深入的、系统性的研究,请介绍一下您的研究进展. 于达仁:这些年做了一些国家有需求、自己感兴趣的研究,主要分为3个方面: 第一个方面是等离子体发动机.这是一种利用电磁场把推进剂电离加速到大约15～20km/s高速喷射形成反作用力的微推力装置,通常用于高轨道卫星的姿轨控,也可作为深空探测飞行器的主推进器.欧空局发射的探月卫星—智慧1号就是采用这种等离子体推进器作为主推进器的.由于等离子体发动机喷气速度远高于化学火箭,可以节约大量的燃料,近年来在国际上受到极大的重视,成为航天推进领域的研究热点.我从2002年开始接触等离子体发动机.前5年,我们通过向俄罗斯专家学习,逐步有了比较深入的认识;后5年,我们从消化吸收进入了创新研究阶段,结合国家的未来需求,我们从氙工质发动机转入了氪工质发动机的研究,研制的1kW氪等离子体发动机达到了比冲3200s、羽流发散角9.的国际领先水平.从2005年开始,我们联合全国的同行每年组织一次全国电推进年会,吸引了更多的年轻学生加入到这个前沿学术领域,扩大了等离子体推进技术的影响力. 展开更多

关键词 等离子体发动机 电磁发动机 等离子体装置 主推进器 专家

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聚焦磁场及发散磁场对霍尔推力器壁面侵蚀的影响研究 被引量：10

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作者 丁永杰 扈延林 +3 位作者 颜世林 李鸿 李玉全 蔡宁泊 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第5期795-800,共6页

为了研究磁场对霍尔推力器壁面侵蚀的影响,利用轮廓仪测量霍尔推力器内外壁面工作30h的侵蚀状况,对比聚焦磁场和发散磁场条件下的推力器壁面侵蚀过程,分析了聚焦磁场改善壁面侵蚀的方式和程度,并进行了机理分析。实验结果表明:在经过30... 为了研究磁场对霍尔推力器壁面侵蚀的影响,利用轮廓仪测量霍尔推力器内外壁面工作30h的侵蚀状况,对比聚焦磁场和发散磁场条件下的推力器壁面侵蚀过程,分析了聚焦磁场改善壁面侵蚀的方式和程度,并进行了机理分析。实验结果表明:在经过30h的实验后,聚焦磁场相对于发散磁场内陶瓷壁面侵蚀深度降低33%,外陶瓷壁面侵蚀深度降低18.6%。理论分析表明:在羽流发散半角小于30°以内时,溅射系数随羽流发散半角增大而增大,将羽流发散半角控制在小于30°以内的"磁聚焦"模式,能够有效降低离子对壁面的侵蚀,进而可提高推力器寿命。 展开更多

关键词 霍尔推力器 磁场位型 壁面侵蚀 寿命

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真空室氢组分背压对霍尔推力器等离子体束聚焦特性的影响研究

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作者 丁永杰 扈延林 +2 位作者 宁中喜 颜世林 李杰 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第4期635-640,共6页

基于光谱方法和羽流探针诊断方法，研究分析了氢组分压力对霍尔推力器束流聚焦特性和振荡特性的影响。研究结果表明，随着罐内氢组分压力的提高，通道内氢的特征谱线强度增强，相比 pH=0Pa， pH=0.04Pa下最大HI=652.6nm相对谱线强度增加... 基于光谱方法和羽流探针诊断方法，研究分析了氢组分压力对霍尔推力器束流聚焦特性和振荡特性的影响。研究结果表明，随着罐内氢组分压力的提高，通道内氢的特征谱线强度增强，相比 pH=0Pa， pH=0.04Pa下最大HI=652.6nm相对谱线强度增加了8-9倍。氢组分向通道内的返流影响通道内的工质电离和离子加速过程，进而导致推力器束流特性变差，且伴随着低频振荡增大。当 p H=0.04Pa时，羽流发散半角为41.5°，相比pH=0Pa条件下增加了24.5°。 展开更多

关键词 霍尔推力器 地面真空系统 氢气分压 光谱 等离子体束聚焦

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多级会切场推力器振荡特性模拟研究

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作者 牛翔 伍环 +1 位作者 刘辉 于达仁 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2017年第5期75-80,共6页

目前多级会切场推力器(High Efficiency Multi-Plasma Thruster,HEMPT)数值模拟研究采用的主要手段是全粒子(Paticle In Cell,PIC)模拟方法,但是这种全粒子模拟对计算机的要求较高,因此文章通过建立HEMPT的一维流体模型,再现HEMPT的振... 目前多级会切场推力器(High Efficiency Multi-Plasma Thruster,HEMPT)数值模拟研究采用的主要手段是全粒子(Paticle In Cell,PIC)模拟方法,但是这种全粒子模拟对计算机的要求较高,因此文章通过建立HEMPT的一维流体模型,再现HEMPT的振荡现象,对放电电流和等离子体参数之间的关联性及等离子体参数分布规律进行研究。沿着两条典型的电子传导路径,利用MATLAB中Simulink模块建立一维流体模型。结果分析表明,推力器内部等离子体参数的振荡周期与放电电流振荡周期一致。推力器的主电离区在两个磁尖端之间,电势降主要集中在出口附近。 展开更多

关键词 多级会切场推力器 一维流体模型 振荡 放电电流 电子传导 电势分布

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面向任务的电推进航天器性能优化与控制 被引量：12

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作者 张中磊 丁永杰 于达仁 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第8期1006-1014,共9页

针对电推进(EP)系统的性能与任务耦合优化及控制问题,提出一种基于电推进特征参数模型的耦合优化方法。以入轨有效载荷质量转移率最优为目标,推导出化学-电推进组合任务与多模态全电推进任务的完备形式的拓展火箭方程与最优比冲(Isp)表... 针对电推进(EP)系统的性能与任务耦合优化及控制问题,提出一种基于电推进特征参数模型的耦合优化方法。以入轨有效载荷质量转移率最优为目标,推导出化学-电推进组合任务与多模态全电推进任务的完备形式的拓展火箭方程与最优比冲(Isp)表达式,得到多模态连续电推进最优比冲的计算方法,并得到相关参数对最优比冲的影响规律。结果表明,提出的耦合优化方法与最优比冲公式对求解多模态电推进任务的最优比冲和研究电推进航天器耦合优化控制问题具有指导意义和通用性。 展开更多

关键词 电推进航天器 多模态任务 特征参数 最优比冲 耦合优化控制

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基于会切场推力器无拖曳系统建模及参数优化 被引量：1

7

作者 李斌 孙强强 +1 位作者 刘辉 于达仁 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2018年第5期81-89,共9页

随着卫星重力测量技术的突破性进展,对航天器试验环境要求也在不断提高,航天器受到的残余扰动必须尽可能减小。作为中国将来重力场测量卫星备选主推力器的会切场推力器,其推力器的控制精度直接决定了测量的准确性。文章首先通过PID方法... 随着卫星重力测量技术的突破性进展,对航天器试验环境要求也在不断提高,航天器受到的残余扰动必须尽可能减小。作为中国将来重力场测量卫星备选主推力器的会切场推力器,其推力器的控制精度直接决定了测量的准确性。文章首先通过PID方法设计了位移模式下的无拖曳控制器,该控制器在预估阻力系数、参考质量与卫星本体的位移差、速度差等性能方面有良好的表现,在应对卫星运行时的突发情况时表现出很强的稳定性。但PID参数没有达到最优解,在此基础上对于该模型的控制精度进行优化,用遗传算法对PID控制的参数进行筛选。结果分析表明,会切场推力器的控制精度有所改善,NTW方向上的速度和位移误差均减小;推力阻力和显著减少;控制精度提高,更好地满足使用需求。 展开更多

关键词 会切场推力器 PID控制 遗传算法 控制精度

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基于探针诊断的HEMPT推力等效测量方法

8

作者 孙强强 胡鹏 +1 位作者 刘辉 于达仁 《深空探测学报》 2017年第3期219-224,共6页

无拖曳卫星任务对会切场推力器(HEMPT)性能有更为精细的技术指标要求,针对目前的三丝扭摆测量系统由于技术限制不能快速精确地反应这些指标,从等离子体原理出发,推导了一种通过探针所测的数据计算推力的等效方法,并经过实验测量进行了... 无拖曳卫星任务对会切场推力器(HEMPT)性能有更为精细的技术指标要求,针对目前的三丝扭摆测量系统由于技术限制不能快速精确地反应这些指标,从等离子体原理出发,推导了一种通过探针所测的数据计算推力的等效方法,并经过实验测量进行了验证。测量结果表明:该方法可以在一定范围内较为精确地计算推力,并且为微牛级推力测量以及推力分辨率测量提供了一种行之有效的参考方法。 展开更多

关键词 会切场推力器 探针诊断 推力测量

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会切磁场推力器低频振荡特性 被引量：4

9

作者 胡俊锋 刘辉 +1 位作者 李建置 孙强强 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2016年第1期26-34,共9页

针对会切磁场推力器的低频振荡特性,将推力器的工作模式分为高电流模式和低电流模式,在此基础上研究了低频振荡随工作参数和磁场位形的变化特性,并针对推力系统外回路对低频振荡的影响进行了研究。结果表明,在高质量流量下,随着放电电... 针对会切磁场推力器的低频振荡特性,将推力器的工作模式分为高电流模式和低电流模式,在此基础上研究了低频振荡随工作参数和磁场位形的变化特性,并针对推力系统外回路对低频振荡的影响进行了研究。结果表明,在高质量流量下,随着放电电压的增加.会切磁场推力器的工作模式从高电流模式转换为低电流模式。在高电流模式下,放电电流具有高振幅、低频率的特征,羽流比较模糊,并且电流振荡幅值随着放电电压增大呈先增大后降低的趋势,而对应的振荡频率随着放电电压的增大而增大。在低电流模式下,放电电流具有低振幅、高频率的特征,羽流有两条明显的亮线,并且电流振荡幅值和频率均随放电电压的增大而增大。在不同工况下,随着质量流量增大,放电电流振荡幅值和频率均呈现增大的趋势。研究还发现,外回路中的电阻和电感对低频振荡起到一定的抑制作用,而电容对低频振荡的影响并不明显。 展开更多

关键词 会切磁场推力器 低频振荡 高电流模式 低电流模式 工作参数 外回路

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回路参数对霍尔推力器点火脉冲电流影响 被引量：2

10

作者 杜建华 胡俊锋 杨子怡 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2016年第4期51-57,共7页

在分析霍尔推力器点火启动过程中电源侧脉冲电流形成机理的基础上,通过解析分析和变参数试验的方法研究了外回路参数与电源侧脉冲电流峰值之间的规律。研究结果表明,随着外回路电容和电感的增大,电源脉冲点火电流峰值减小,根据理论推导... 在分析霍尔推力器点火启动过程中电源侧脉冲电流形成机理的基础上,通过解析分析和变参数试验的方法研究了外回路参数与电源侧脉冲电流峰值之间的规律。研究结果表明,随着外回路电容和电感的增大,电源脉冲点火电流峰值减小,根据理论推导得到的霍尔推力器点火启动过程电源脉冲电流峰值函数,分析了外回路电感、电容参数对点火脉冲电流的影响,给出了给定电感值下电感线圈匝数、磁环导磁截面积、磁芯材料BH曲线的要求,为霍尔推力器放电外回路的参数设计提供理论参考。 展开更多

关键词 霍尔推力器 电源侧脉冲电流 点火启动 外回路参数 电感

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霍尔推力器在轨羽流图像诊断方法

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作者 胡俊锋 杨鑫勇 +3 位作者 仲小清 黄涛 魏立秋 于达仁 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2017年第5期47-53,共7页

为便于霍尔推力器羽流在轨诊断测量,文章提出了一种基于光谱诊断衍生出来的图像诊断方法。首先对推力器羽流进行光学图像采集,然后提取出能够反映羽流不同谱段光强信息的红绿蓝三通道数据;同时结合相机成像原理分析,得到不同通道的像素... 为便于霍尔推力器羽流在轨诊断测量,文章提出了一种基于光谱诊断衍生出来的图像诊断方法。首先对推力器羽流进行光学图像采集,然后提取出能够反映羽流不同谱段光强信息的红绿蓝三通道数据;同时结合相机成像原理分析,得到不同通道的像素点灰度值与羽流光谱强度的对应关系;并且基于光谱碰撞辐射模型,建立了羽流图像计算模型。研究结果表明,利用图像诊断方法计算得到的羽流区电子温度和离子密度分布规律均与探针试验结果相吻合,计算的相对不确定度分别约为20%和15%,说明了该诊断方法精度适中,具有较高的可靠性,适用于在轨诊断霍尔推力器羽流等离子体参数。 展开更多

关键词 霍尔推力器 羽流 图像诊断 光谱辐射强度 灰度

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