碎片清理发动机概念探索
【图文】：
2017年3月第62卷第9期876图2(网络版彩色)空间碎片发动机示意图Figure2(Coloronline)Theworkingschemeofdebrisengine合金圆球,密度2.8g/cc,静电加速后的数值仿真结果如图3.碎片发动机的比冲大小取决于加速电尝充电电场的大孝以及带电粉末的荷质比.因此,提升碎片发动机比冲的关键在于:一是要提高充电电场的电压,提高充电电子束的密度,提高充电效率;二是要提高静电粉末加速电场的总电压;三是要提高空间碎片粉末的细度,这需要合理安排研磨机的球罐配比、旋转速率及研磨流程,提高研磨的质量和效率,从而提高带电粉末的荷质比.发动机的推力如下:,232()rFmvppA(3)其中F为发动机获得的推力,m为发动机工作过程中瞬时的喷口处射流的质量流量.p2为喷口出口处射流图3(网络版彩色)不同加速电尝荷质比情况下,对比空间碎片发动机与其他发动机的比冲Figure3(Coloronline)Comparisonofthespecificimpulseofdebrisengineandexistingengineincludingsolidrocket,liquidrocketandionthruster的当地压力,p3为外界环境压力.假设发动机在真空状态下工作,且发动机内外压力平衡.可得,发动机推力:,rFmv(4)发动机的推力主要取决于喷口处的射流质量流量大小和粉末射流相对于喷口的速度.在输入功率一定的情况下,比冲与推力成反比.类似于美国可变比冲磁致离子浆发动机(VASIMR),空间碎片发动机可以通过分配功率的方式调节比冲[33,34]:将电源功率分成两部分,一部分进入球磨系统,另一部分进入静电加速系统和放电系统;如果需要获得大的推力,大部分功率输送给球磨系统,产生较多的粉末,而加速效能较低,带来更多低速带电粉末,从而发动机比冲较小,而推力较大.如果需要获得高比冲值,大部分功率送往静电加速系统和放电系统,产生数?
2017年3月第62卷第9期876图2(网络版彩色)空间碎片发动机示意图Figure2(Coloronline)Theworkingschemeofdebrisengine合金圆球,密度2.8g/cc,静电加速后的数值仿真结果如图3.碎片发动机的比冲大小取决于加速电尝充电电场的大孝以及带电粉末的荷质比.因此,提升碎片发动机比冲的关键在于:一是要提高充电电场的电压,提高充电电子束的密度,提高充电效率;二是要提高静电粉末加速电场的总电压;三是要提高空间碎片粉末的细度,这需要合理安排研磨机的球罐配比、旋转速率及研磨流程,提高研磨的质量和效率,从而提高带电粉末的荷质比.发动机的推力如下:,232()rFmvppA(3)其中F为发动机获得的推力,m为发动机工作过程中瞬时的喷口处射流的质量流量.p2为喷口出口处射流图3(网络版彩色)不同加速电尝荷质比情况下,对比空间碎片发动机与其他发动机的比冲Figure3(Coloronline)Comparisonofthespecificimpulseofdebrisengineandexistingengineincludingsolidrocket,liquidrocketandionthruster的当地压力,p3为外界环境压力.假设发动机在真空状态下工作,且发动机内外压力平衡.可得,发动机推力:,rFmv(4)发动机的推力主要取决于喷口处的射流质量流量大小和粉末射流相对于喷口的速度.在输入功率一定的情况下,比冲与推力成反比.类似于美国可变比冲磁致离子浆发动机(VASIMR),空间碎片发动机可以通过分配功率的方式调节比冲[33,34]:将电源功率分成两部分,一部分进入球磨系统,另一部分进入静电加速系统和放电系统;如果需要获得大的推力,大部分功率输送给球磨系统,产生较多的粉末,而加速效能较低,带来更多低速带电粉末,从而发动机比冲较小,而推力较大.如果需要获得高比冲值,大部分功率送往静电加速系统和放电系统,产生数?
【作者单位】： 清华大学航天航空学院动力学与控制实验室;
【基金】：国家杰出青年科学基金(11525208)资助
【分类号】：V528
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本文编号：2548717
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