本文關(guān)鍵詞：一種用于臨近空間飛行器的空氣工質(zhì)電推進技術(shù)研究

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【摘要】：臨近空間在國民經(jīng)濟建設(shè)和國防建設(shè)等方面具有廣泛而巨大的應(yīng)用價值,因而一直是各國關(guān)注和競相發(fā)展的熱點。臨近空間飛行器是開發(fā)和利用臨近空間資源的主要工具,然而臨近空間環(huán)境的特殊性和復(fù)雜性對臨近空間飛行器推進系統(tǒng)提出了很高的要求,這制約了臨近空間飛行器的發(fā)展�？紤]到臨近空間的氣壓條件,本文以一種采用沿面介質(zhì)阻擋放電作為等離子體源并以空氣作為工質(zhì)的電推進系統(tǒng)為研究對象,對其在低氣壓下的性能進行了研究。本文針對沿面介質(zhì)阻擋放電推力器的低氣壓、變參數(shù)試驗研究方案和要求,以實驗室的真空實驗艙系統(tǒng)為基礎(chǔ)搭建了低氣壓試驗系統(tǒng),確定了以放電參數(shù)測量、發(fā)射光譜檢測和推力測量為核心的推力器性能參數(shù)測量方案,設(shè)計加工了一系列不同設(shè)計參數(shù)的試驗樣機供變參數(shù)試驗研究使用。首先對沿面介質(zhì)阻擋放電推力器在低氣壓下的基本性能進行了研究:測量獲得了推力器放電電壓和放電電流數(shù)據(jù),結(jié)果表明推力器的放電模式屬于流注放電,在一個電壓周期內(nèi)放電是間斷且不對稱的;測量獲得了推力器放電生成等離子體的發(fā)射光譜數(shù)據(jù),分析了成分信息以及工況參數(shù)對等離子體的影響;測量獲得了低氣壓下以推力、消耗功率和效率(推力功率比)為代表的基本推力性能參數(shù),結(jié)果顯示在10-90kPa范圍內(nèi),試驗樣機的推力水平在102-103μN量級,而消耗功率水平在10W量級,此外還研究分析了工況參數(shù)對這些基本推力性能參數(shù)的影響。其次,針對推力器推力性能的相關(guān)影響因素開展了變參數(shù)試驗,研究了阻擋介質(zhì)厚度、阻擋介質(zhì)材料、流向電極間距、暴露電極寬度和暴露電極長度對推力器推力性能的影響。結(jié)果表明:減小阻擋介質(zhì)厚度和增加阻擋介質(zhì)的相對介電常數(shù)都能夠提升推力器的推力,但是阻擋介質(zhì)厚度的降低會增大消耗功率,不過效率也提升了;低氣壓下電極間距越小,推力器產(chǎn)生的推力越大,消耗功率越小,效率更高;暴露電極的寬度對推力影響不大,但是電極寬度越大,消耗功率越大;暴露電極的長度與推力幾乎成正比,且暴露電極越長,消耗功率越小。此外,還利用電路模型對其中的影響機制進行了一定的分析。
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V439.4

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