載人航天任務(wù)的不斷加強(qiáng),對(duì)推進(jìn)技術(shù)提出了更高的要求。傳統(tǒng)的推進(jìn)技術(shù)如化學(xué)推進(jìn)、熱核推進(jìn),能夠提供巨大的推力,但是其排氣速度受限于推進(jìn)劑化學(xué)能,因而需要攜帶大量燃料,降低了有效載荷分?jǐn)?shù);而傳統(tǒng)的電推進(jìn)技術(shù),如電熱推進(jìn)、靜電推進(jìn)和電磁推進(jìn),利用電極施加電磁場(chǎng),從而對(duì)推進(jìn)劑離子進(jìn)行加速,其比沖和推力都有所改善,但是電極腐蝕卻是限制其發(fā)展的一個(gè)重大問(wèn)題。離子回旋共振加熱(ICRH)已經(jīng)廣泛用于核聚變反應(yīng)中的等離子體加熱,它的基本原理是通過(guò)磁等離子體與射頻波共振,離子繞磁場(chǎng)線(xiàn)的旋轉(zhuǎn)速度增加,最終轉(zhuǎn)化為軸向速度實(shí)現(xiàn)加速。等離子體火箭與核聚變反應(yīng)的等離子體問(wèn)題基本一致,因而可以考慮將ICRH用于增加火箭排氣速度。可變比沖磁等離子體火箭(VASIMR)便是基于ICRH研究發(fā)展的新一代火箭,目前我國(guó)對(duì)ICRH的研究還處于起步階段。本文首先簡(jiǎn)要介紹了推進(jìn)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和各種推進(jìn)器,接著對(duì)ICRH的原理進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明。然后利用粒子云網(wǎng)格(Particle In Cell)等離子體模擬軟件VSim對(duì)ICRH過(guò)程進(jìn)行了模擬,從入射速度、ICRH電場(chǎng)和背景磁場(chǎng)三個(gè)方面研究了ICRH過(guò)程的加速情況,研究不同參數(shù)對(duì)IC... 

【文章來(lái)源】：華北電力大學(xué)(北京)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：72 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

電磁推進(jìn)小愈圖

：??Ａ?＾ｆｌｏｗ??廿?（１－３）??Ｖａ?＝?（１－４）??１－１２）中，Ｕｆｋｗ是離子流速度，Ｋｉ是阿爾芬速度。式（１－１３）中，公是磁場(chǎng)強(qiáng)度：??足離丫歧Ｍ：?ｎ店離子密度。??如巧離丫流比阿爾芬速度快時(shí)，也就是說(shuō)／？＞?１，磁迎線(xiàn)平斤于流速矢量，??離子將確巧脫離磁場(chǎng)。??Ｍ級(jí)Ｋ域的磁噴嘴對(duì)等離千體的作用方式與熱力學(xué)噴嘴對(duì)中性氣體的作用??相近。導(dǎo)電線(xiàn)圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)通過(guò)線(xiàn)間將火箭的推力化遞給飛船。由于磁??子體儀巧化鄰村質(zhì)表面發(fā)化弱化巧作川，相比于傳統(tǒng)推進(jìn)系統(tǒng)中的熱力學(xué)膨??程，ＶＡＳＩＭＲ磁噴嘴過(guò)程的溫巧叫＇能要高得多，比沖腳燃料效率化山此巧島。??，化磁噴嘴Ｉ、游注入超肯速氣流可Ｗ加快等離子體脫離。也ｎＪＷ巧用波紋線(xiàn)??節(jié)磁場(chǎng)義改變不穩(wěn)定度，巧進(jìn)?＇少地增強(qiáng)巧離體從磁場(chǎng)脫離的程設(shè)ＩＷＩ。??閔１－７化ＶＡＳＩＭＲ的軸向磁場(chǎng)分間，同時(shí)化閣中帖化丫推進(jìn)器中不同結(jié)??能Ｍ化化的對(duì)巧位畳。??１．０?？?????＇??‘?－?－…－、??

Ｑ?射頻！源?Ｊ??圖１－８?ＶＡＳＩＭＲ系統(tǒng)各環(huán)節(jié)示意圖??圖１－８是ＶＡＳＩＭＲ系統(tǒng)各環(huán)節(jié)示意圖。由圖可知，工質(zhì)氣體在螺旋波等離子??體源處離子化，巧在加速區(qū)獲得稱(chēng)合能量，最終通過(guò)磁噴嘴將離子在加速區(qū)獲得??的回旋能量轉(zhuǎn)換成軸向能量，進(jìn)而產(chǎn)生推力。??ＶＡＳＩＭＲ推進(jìn)系統(tǒng)中電源功率巧，產(chǎn)生的推力ＦＷ及比沖／ｓｐ之間滿(mǎn)足關(guān)系式：??Ｖｊ?＝苗。，ｓｐＦ?（１－５）??式（１－５）中，９。表示里力加速度，一般�。欤希恚螅病９街型屏η杀葲_對(duì)應(yīng)的變化如??圖１－９所示。??射頻乂線(xiàn)功率??＼?＾比沖増人?Ｐ＂ｍ?＝引＋民??豈…—＾????ｉＸ??；?增人??０?肝?．?專(zhuān)離予體源功率??網(wǎng)１?－９?ＶＡ?ＳＩＭ?Ｒ系統(tǒng)怖知－比沖關(guān)系巧??可Ｗ看山，功率ｔｌ（巧時(shí)，推力巧比沖單反比義系。＇１＇１施加到巧齒子源的功??奉增加村

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]大功率等離子體電推進(jìn)研究進(jìn)展[J]. 杭觀榮,梁偉,張巖,康小錄.  載人航天. 2016(02)
[2]電磁推進(jìn)技術(shù)[J]. 李小鵬,王靜西.  電氣技術(shù). 2010(S1)
[3]可變比沖磁等離子體火箭原理與研究進(jìn)展[J]. 任軍學(xué),劉宇,王一白.  火箭推進(jìn). 2007(03)
[4]電推進(jìn)技術(shù)的研究應(yīng)用現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)[J]. 張郁.  火箭推進(jìn). 2005(02)
[5]電推進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)[J]. 吳漢基,蔣遠(yuǎn)大,張志遠(yuǎn).  推進(jìn)技術(shù). 2003(05)

博士論文
[1]托卡馬克等離子體中射頻波的動(dòng)理學(xué)模擬研究[D]. 林競(jìng)波.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2018



本文編號(hào)：2936350