【摘要】：上世紀80年代以來,國際上微小衛(wèi)星的發(fā)展十分迅猛。脈沖等離子體推力器(Pulsed Plasma Thruster,PPT)具有結構簡單、比沖高、成本低以及推力易控制等優(yōu)點,因此,其在微小衛(wèi)星研究領域受到越來越多的關注。但傳統(tǒng)平行板脈沖等離子體推力器必須借助火花塞才能實現(xiàn)點火,限制了推力器微小化和輕量化,點火電壓高達數(shù)千伏,給PPT的在軌運行帶來安全隱患。雖然同軸型PPT不需要火花塞,但點火電壓仍然需要幾千伏。另外,雖然傳統(tǒng)PPT的比沖比較高,但推功比比較低、推進劑利用效率不高,這些都限制了其在軌應用。為了去掉火花塞、降低點火電壓、提高推功比,從而實現(xiàn)固體推進劑PPT的輕量化和微小化、提高安全性和推進劑使用效率、拓展在軌應用范圍,本文將Z-Pinch原理應用于PPT,并結合自點火技術,實現(xiàn)了一種無需火花塞的新型脈沖等離子體推力器(Z-Pinch SI-PPT)。通過對聚四氟乙烯表面進行改性,降低了點火電壓,實現(xiàn)了點火和放電一體化,從而成功地去掉了火花塞。該新型推力器的兩個電極均由黃銅制成。陽極為釘狀,陰極中心位置有一小口,軸向流動的等離子體會從該小口噴射而出。同時,采用電感儲能升壓原理,設計了功率處理單元。功率處理單元的組成元素主要有方波信號發(fā)生器、MOSFET開關、電感以及電池組等。置于真空艙內(nèi)的推力器通電后,由于陰極和陽極之間圓筒形推進劑表面的弱導電性使得兩端電壓升高,推進劑表面溫度隨之升高并產(chǎn)生少量的涂層和推進劑蒸汽,蒸汽在高電壓下放電完成自點火過程。燒蝕電離推進劑的同時,徑向擠壓部分電離的燒蝕產(chǎn)物,等離子體高速噴出形成推力。利用電子顯微鏡對多次點火和穩(wěn)定工作后的推進劑表面進行掃描,結果顯示推進劑表面出現(xiàn)輕微碳化現(xiàn)象。并且,在工作過程中會連續(xù)不斷沉積少量從電極濺射出來的金屬,從而維持了表面弱導電性,實現(xiàn)了無需火花塞而保持持續(xù)脈沖和重復點火。根據(jù)Z-Pinch SI-PPT的點火電壓、離子電流、元沖量等的測量需求,設計并搭建了幾套實驗測量裝置。真空艙內(nèi)多次點火實現(xiàn)累計脈沖1萬多次的試驗結果表明,Z-Pinch SI-PPT的主要性能指標為:點火電壓480V,推功比17.83μN/W,推力85.6μN,元沖量4.28μN?s、離子電流40mA。與傳統(tǒng)脈沖等離子體推力器相比,Z-Pinch SI-PPT的點火電壓為同軸型脈沖等離子體微推力器的24%,氣體短脈沖等離子體推力器的2.4%。其推功比比傳統(tǒng)PPT的推功比大69.8%。
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：V439.2
【圖文】：

索茫茫宇宙一直是人類的夢想。在幾代科研將人類歷史上的第一顆衛(wèi)星送上太空。人造的足跡從陸地、海洋、大氣層擴展到了浩瀚類社會的進步產(chǎn)生了重大而深遠的影響[1]。以來，微小衛(wèi)星的研究得到了越來越多的重星的不斷發(fā)展，需要設計輕質量、高比沖、推力器。脈沖等離子體推力器（Pulsed Plas小體積、輕質量和低成本等潛在優(yōu)點，理論小衛(wèi)星的位置保持、姿態(tài)控制和軌道提升等 年代以來，我國就已經(jīng)開展了對電推進的研截止到現(xiàn)在，PPT 在衛(wèi)星上還沒有得到實際，包括點火機理、等離子體的產(chǎn)生和加速、 PPT 的工作機理，才能有針對性地改進推力靠性、提高推力器的性能參數(shù)以及延長推力

第一章 緒論烯表面被燒蝕，陰陽極之間的推進腔內(nèi)形成體區(qū)和銅芯陰極之間形成閉合回路，感應磁力。Hiroshi[7]等在 2016 年設計出了一種氣體用氬氣為推進劑，當給電極施加的電壓超過氬氣被加熱，進而電離，產(chǎn)生等離子體。雖點火電壓高達 20000V。同時，其工質為氣體系統(tǒng)的體積。

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 張華;吳建軍;何振;張代賢;魯高飛;;極板構型對脈沖等離子體推力器性能影響[J];國防科技大學學報;2014年04期

2 謝澤華;周進;李自然;;脈沖等離子體推力器內(nèi)部流場的數(shù)值分析[J];火箭推進;2014年01期

3 郭海兵;劉永康;李茂生;;Z-Pinch驅動的次臨界包層的初步熱工分析[J];核科學與工程;2013年02期

4 謝澤華;周進;;脈沖等離子體推力器特氟隆燒蝕過程數(shù)值模擬[J];固體火箭技術;2013年02期

5 張銳;張代賢;張帆;何振;吳建軍;;脈沖等離子體推力器羽流沉積薄膜的結構與光學性質研究[J];物理學報;2013年02期

6 肖利杰;劉向陽;楊磊;武志文;王寧飛;;脈沖等離子體推力器燒蝕建模與仿真[J];推進技術;2011年06期

7 楊磊;劉向陽;陳成權;武志文;王寧飛;;脈沖等離子體推力器宏觀特性數(shù)值研究[J];推進技術;2011年06期

8 尹樂;周進;繆萬波;孫明波;楊樂;吳建軍;;脈沖等離子體推力器推進劑燒蝕傳熱計算[J];推進技術;2010年05期

9 尹樂;周進;繆萬波;孫明波;楊樂;吳建軍;;脈沖等離子體推力器的設計評估仿真[J];固體火箭技術;2010年04期

10 尹樂;周進;繆萬波;孫明波;楊樂;吳建軍;;脈沖等離子體推力器放電波形設計評估仿真研究[J];推進技術;2010年04期

相關博士學位論文 前1條

1 謝澤華;固體燒蝕型脈沖等離子體推力器工作特性研究[D];國防科學技術大學;2013年

相關碩士學位論文 前1條

1 石杰;脈沖等離子體推力器工作過程仿真及其空間任務應用研究[D];國防科學技術大學;2006年

本文編號：2727636