脉冲等离子体推力器放电能量分布式释放的多物理场匹配研究

基本信息
批准号:11672039
项目类别:面上项目
资助金额:52.00
负责人:武志文
学科分类:
依托单位:北京理工大学
批准年份:2016
结题年份:2020
起止时间:2017-01-01 - 2020-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:黄天坤,郭云涛,周阳,袁世越,冯炯,徐金毅,刘旺,王大炜
关键词:
脉冲等离子体推力器电推进低温等离子体分布式放电
结项摘要

The ablated pulsed plasma thruster (APPT) is one of the propulsion systems for the micro satellite. However,the efficiency of the APPT is very low (only about 10%). The mechanism study on the discharge energy distribution release in an APPT is proposed in the project, in order to imporve the efficiency of an APPT. Now the energy for an APPT is discharged only on one position during the single time of microsecond order.In stead, the idea in the project is reseasing the discharge energy for an APPT in more positions on the channel of the APPT and during more times of microsecond order.The purpose of the idea is to match the fast discharge process (about microsecond order) to slow ablation process (about millisecond), and make the gas ioned and accelerated, finally improve the efficiency of an APPT.A Knudsen mathematical model for the ablation and a mathematical model for the ionization and plasma movement are put forward in the project.The models will be used to simulate the discharge energy distribution release process in an APPT. What's more, the compromise strategy of the realease between the positions and between the times will be studied. In addition, the experiments on how to realize the discharge energy distribution release in an APPT will also be carried out in the project, so as to confirm the theoretical results.The expectant achievements of the project will not only show how the discharge energy ideal distribution release is, but also provide the theory on the compromise strategy of the distribution release and supply theorecial reference for the design of an APPT with high efficiency.

固体烧蚀型脉冲等离子体推力器(APPT)是微小卫星的理想推进系统之一,但是其效率较低(小于10%)的缺点限制了它的进一步发展和应用。本项目为了提高APPT的工作效率,提出了将目前APPT放电能量在单点单时段的释放过程改变为沿通道的多点和多时段分布式释放过程的思路,期望通过该思路使得APPT微秒尺度放电形成的电磁场与APPT固体推进剂毫秒尺度烧蚀形成的气体密度场相匹配,从而实现APPT通道内多时间尺度物理场的协同工作,最终可以高效电离和加速工质,提高APPT的工作效率。通过本项目研究,有望形成APPT放电能量多点多时段的理想分布式释放的多物理场匹配理论,为高效率APPT的设计提供新的思路。

项目摘要

本项目针对固体烧蚀型脉冲等离子体推力器(APPT)效率较低的缺陷,提出了将APPT放电能量在单点单时段的释放过程改变为沿通道的多点和多时段分布式释放过程的思路,以实现APPT通道内多时间尺度物理场的协同工作,最终可以高效电离和加速工质,提高APPT的工作效率。为实现这一目标,本项目通过仿真和实验手段,研究APPT能量分布释放的多物理场匹配规律。首先,基于固体聚合物烧蚀机理、气体电离机理和电流片加速假设,建立了能够模拟APPT推进剂烧蚀、中性气体电离以及等离子体非连续流动的数值模型;其次,利用所建的模型,对不同工况下APPT的工作过程进行仿真,并对仿真结果进行分析,获得APPT工作过程中的放电能量分布式释放机制;之后,基于新模型,对多点多时段放电脉冲等离子体推力器(Distributed Discharge Ablative Pulsed Plasma Thruster, DD-APPT)的工作过程进行数值仿真研究,探索了DD-APPT放电能量分配对性能的影响,发现提高次级放电能量有利于推力器性能;最后,根据前期理论分析和仿真研究的结论,设计了一套DD-APPT样机,并测取了该样机的工作特性参数,用于计算不同能量分配下样机推力产生的各物理过程消耗的能量值,并据此总结了APPT设计参数对其能量损失的影响规律。DD-APPT样机实验结果表明,使用分布式放电布局后,APPT的效率大幅度提高。本项目为提高APPT工作效率奠定了理论基础。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

路基土水分传感器室内标定方法与影响因素分析

路基土水分传感器室内标定方法与影响因素分析

DOI:10.14188/j.1671-8844.2019-03-007
发表时间:2019
2

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0221
发表时间:2022
3

基于ESO的DGVSCMG双框架伺服系统不匹配 扰动抑制

基于ESO的DGVSCMG双框架伺服系统不匹配 扰动抑制

DOI:
发表时间:2018
4

适用于带中段并联电抗器的电缆线路的参数识别纵联保护新原理

适用于带中段并联电抗器的电缆线路的参数识别纵联保护新原理

DOI:10.19783/j.cnki.pspc.200521
发表时间:2021
5

圆柏大痣小蜂雌成虫触角、下颚须及产卵器感器超微结构观察

圆柏大痣小蜂雌成虫触角、下颚须及产卵器感器超微结构观察

DOI:10.3969/j.issn.1674-0858.2020.04.30
发表时间:2020

武志文的其他基金

相似国自然基金

1

基于多物理场耦合的脉冲等离子体推力器放电烧蚀及电离特性研究

批准号:11602016
批准年份:2016
负责人:杨磊
学科分类:A0908
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
2

霍尔推力器等离子体放电振荡影响能量转换的机制研究

批准号:51477035
批准年份:2014
负责人:魏立秋
学科分类:E0705
资助金额:90.00
项目类别:面上项目
3

固体烧蚀型脉冲等离子体推力器放电烧蚀过程的理论与实验研究

批准号:11172327
批准年份:2011
负责人:吴建军
学科分类:A0908
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
4

霍尔推力器中放电等离子体周向行为及耦合效应研究

批准号:51907195
批准年份:2019
负责人:张旭
学科分类:E0705
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目