电磁推进系统离子回旋共振加热仿真及天线设计

发布时间：2020-12-24 21:35

　　载人航天任务的不断加强,对推进技术提出了更高的要求。传统的推进技术如化学推进、热核推进,能够提供巨大的推力,但是其排气速度受限于推进剂化学能,因而需要携带大量燃料,降低了有效载荷分数;而传统的电推进技术,如电热推进、静电推进和电磁推进,利用电极施加电磁场,从而对推进剂离子进行加速,其比冲和推力都有所改善,但是电极腐蚀却是限制其发展的一个重大问题。离子回旋共振加热(ICRH)已经广泛用于核聚变反应中的等离子体加热,它的基本原理是通过磁等离子体与射频波共振,离子绕磁场线的旋转速度增加,最终转化为轴向速度实现加速。等离子体火箭与核聚变反应的等离子体问题基本一致,因而可以考虑将ICRH用于增加火箭排气速度。可变比冲磁等离子体火箭(VASIMR)便是基于ICRH研究发展的新一代火箭,目前我国对ICRH的研究还处于起步阶段。本文首先简要介绍了推进技术发展现状和各种推进器,接着对ICRH的原理进行了详细说明。然后利用粒子云网格(Particle In Cell)等离子体模拟软件VSim对ICRH过程进行了模拟,从入射速度、ICRH电场和背景磁场三个方面研究了ICRH过程的加速情况,研究不同参数对IC... 

【文章来源】：华北电力大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

电磁推进小愈图

：??Ａ?＾ｆｌｏｗ??廿?（１－３）??Ｖａ?＝?（１－４）??１－１２）中，Ｕｆｋｗ是离子流速度，Ｋｉ是阿尔芬速度。式（１－１３）中，公是磁场强度：??足离丫歧Ｍ：?ｎ店离子密度。??如巧离丫流比阿尔芬速度快时，也就是说／？＞?１，磁迎线平斤于流速矢量，??离子将确巧脱离磁场。??Ｍ级Ｋ域的磁喷嘴对等离千体的作用方式与热力学喷嘴对中性气体的作用??相近。导电线圈产生磁场，磁场通过线間将火箭的推力化递给飞船。由于磁??子体仪巧化邻村质表面发化弱化巧作川，相比于传统推进系统中的热力学膨??程，ＶＡＳＩＭＲ磁喷嘴过程的溫巧叫＇能要高得多，比冲脚燃料效率化山此巧岛。??，化磁喷嘴Ｉ、游注入超肯速气流可Ｗ加快等离子体脱离。也ｎＪＷ巧用波纹线??节磁场义改变不稳定度，巧进?＇少地增强巧离体从磁场脱离的程设ＩＷＩ。??閔１－７化ＶＡＳＩＭＲ的轴向磁场分間，同时化阁中帖化丫推进器中不同结??能Ｍ化化的对巧位畳。??１．０?？?????＇??‘?－?－…－、??

Ｑ?射频！源?Ｊ??图１－８?ＶＡＳＩＭＲ系统各环节示意图??图１－８是ＶＡＳＩＭＲ系统各环节示意图。由图可知，工质气体在螺旋波等离子??体源处离子化，巧在加速区获得稱合能量，最终通过磁喷嘴将离子在加速区获得??的回旋能量转换成轴向能量，进而产生推力。??ＶＡＳＩＭＲ推进系统中电源功率巧，产生的推力ＦＷ及比冲／ｓｐ之间满足关系式：??Ｖｊ?＝苗。，ｓｐＦ?（１－５）??式（１－５）中，９。表示里力加速度，一般取ｌＯｍ／ｓ２。公式中推力巧比冲对应的变化如??图１－９所示。??射频乂线功率??＼?＾比冲増人?Ｐ＂ｍ?＝引＋民??岂…—＾????ｉＸ??；?增人??０?肝?．?專离予体源功率??网１?－９?ＶＡ?ＳＩＭ?Ｒ系统怖知－比冲关系巧??可Ｗ看山，功率ｔｌ（巧时，推力巧比冲單反比义系。＇１＇１施加到巧齒子源的功??奉增加村

【参考文献】：
期刊论文
[1]大功率等离子体电推进研究进展[J]. 杭观荣,梁伟,张岩,康小录.  载人航天. 2016(02)
[2]电磁推进技术[J]. 李小鹏,王静西.  电气技术. 2010(S1)
[3]可变比冲磁等离子体火箭原理与研究进展[J]. 任军学,刘宇,王一白.  火箭推进. 2007(03)
[4]电推进技术的研究应用现状及其发展趋势[J]. 张郁.  火箭推进. 2005(02)
[5]电推进技术的应用与发展趋势[J]. 吴汉基,蒋远大,张志远.  推进技术. 2003(05)

博士论文
[1]托卡马克等离子体中射频波的动理学模拟研究[D]. 林竞波.中国科学技术大学 2018



本文编号：2936350