一种用于临近空间飞行器的空气工质电推进技术研究

发布时间：2017-12-16 20:26

  本文关键词：一种用于临近空间飞行器的空气工质电推进技术研究

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【摘要】：临近空间在国民经济建设和国防建设等方面具有广泛而巨大的应用价值,因而一直是各国关注和竞相发展的热点。临近空间飞行器是开发和利用临近空间资源的主要工具,然而临近空间环境的特殊性和复杂性对临近空间飞行器推进系统提出了很高的要求,这制约了临近空间飞行器的发展。考虑到临近空间的气压条件,本文以一种采用沿面介质阻挡放电作为等离子体源并以空气作为工质的电推进系统为研究对象,对其在低气压下的性能进行了研究。本文针对沿面介质阻挡放电推力器的低气压、变参数试验研究方案和要求,以实验室的真空实验舱系统为基础搭建了低气压试验系统,确定了以放电参数测量、发射光谱检测和推力测量为核心的推力器性能参数测量方案,设计加工了一系列不同设计参数的试验样机供变参数试验研究使用。首先对沿面介质阻挡放电推力器在低气压下的基本性能进行了研究:测量获得了推力器放电电压和放电电流数据,结果表明推力器的放电模式属于流注放电,在一个电压周期内放电是间断且不对称的;测量获得了推力器放电生成等离子体的发射光谱数据,分析了成分信息以及工况参数对等离子体的影响;测量获得了低气压下以推力、消耗功率和效率(推力功率比)为代表的基本推力性能参数,结果显示在10-90kPa范围内,试验样机的推力水平在102-103μN量级,而消耗功率水平在10W量级,此外还研究分析了工况参数对这些基本推力性能参数的影响。其次,针对推力器推力性能的相关影响因素开展了变参数试验,研究了阻挡介质厚度、阻挡介质材料、流向电极间距、暴露电极宽度和暴露电极长度对推力器推力性能的影响。结果表明:减小阻挡介质厚度和增加阻挡介质的相对介电常数都能够提升推力器的推力,但是阻挡介质厚度的降低会增大消耗功率,不过效率也提升了;低气压下电极间距越小,推力器产生的推力越大,消耗功率越小,效率更高;暴露电极的宽度对推力影响不大,但是电极宽度越大,消耗功率越大;暴露电极的长度与推力几乎成正比,且暴露电极越长,消耗功率越小。此外,还利用电路模型对其中的影响机制进行了一定的分析。
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V439.4

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本文编号：1297363