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《清华大学》 2002年
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电弧加热发动机的设计与研究

陈黎明  
【摘要】: 星上推进系统是为航天器提供机动和控制推力的装置。目前,电推进系统以其优越的性能逐步取代传统的化学推进系统,被广泛的用于空间飞行任务。作为电推进的一种方式,电弧加热发动机以较高的推力/功率比、推力密度、中高的比冲、良好的系统继承性和可靠性等特点,成为当前国际研究和应用的热点。随着空间技术的发展和未来航天任务的需求,先进的电弧加热发动机将是理想的选择。因此,开展对电弧加热发动机的研究具有十分重要的意义。 本文设计、建造一套性能先进的低功率电弧加热发动机。详细讨论了发动机对不同组件的性能要求,并根据要求对每一个构件选择了合适的材料,使其稳定可靠工作。本文通过优化发动机其内部结构,减小了热损失,提高了比冲。 本文设计、建立了一套满足真空度要求的真空模拟系统和电弧加热发动机性能测量系统,并对电弧加热发动机进行实验研究和性能测试。以氩气作为推进剂,在不同工况下进行点火实验,测量获得了其工作推力、电弧电压和电流、推进剂流率和弧室压力等宏观参数,得到了不同实验条件下其工作的实际比冲、推力效率、推力/功率比以及比功率等性能参数,分析了推进剂质量流率、电弧功率、电弧加热发动机电弧室结构尺寸等因素对其性能的影响,为数值模拟研究和实际的低功率电弧加热发动机优化设计及研制提供了实验基础。 本文优化并改进了一套高速、高精度的多谱线电弧等离子体光谱诊断系统,使其适用于电弧加热发动机羽流激发温度的诊断,并利用该系统诊断了发动机出口羽流的非平衡程度和温度沿径向的分布。本文还研究了发动机运行参数,如电流、流量对羽流平衡态和温度分布的影响。 本文建立了电弧加热发动机工作的简化的一维理论分析模型。该模型实现了快速、有效地预报了电弧加热发动机的性能,有助于分析实验结果和理解发动机内部电弧复杂的物理过程,为其实际应用到我国空间任务提供了理论基础。
【学位授予单位】:清华大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:V439

【引证文献】
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1 陈树君;蔡斌;卢振洋;于洋;;1kW级电弧火箭电源调理单元的试验研究[J];北京工业大学学报;2012年05期
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1 沈岩;赵文华;陈黎明;石泳;;低压电弧等离子体射流的温度测量[A];第二届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2004年
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1 沈岩;低功率水电弧加热发动机的实验研究[D];清华大学;2004年
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1 贾云涛;肼催化分解产物电弧加热发动机的实验研究[D];清华大学;2008年
【参考文献】
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【共引文献】
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10 李小康;气体工质激光推力器工作过程数值模拟和实验研究[D];国防科学技术大学;2011年
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3 王晓波;基于神经网络的电弧炉电流预测模型研究[D];天津理工大学;2010年
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10 栗海霞;K-TIG焊接电弧特性的数值分析[D];兰州理工大学;2011年
【同被引文献】
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1 陈树君;刘泽伟;卢振洋;汤海滨;刘进;;电弧火箭电源调理单元的研究[J];北京工业大学学报;2008年11期
2 赵许群,张涛,孙孝英,关文;肼分解催化剂的表征及失活机理研究[J];催化学报;2000年06期
3 杨涓,何洪庆,毛根旺,黄晓诋,韩先伟;100W微波等离子推力器的调试与地面实验[J];固体火箭技术;2003年02期
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5 张郁;电推进技术的研究应用现状及其发展趋势[J];火箭推进;2005年02期
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7 马占华,汪南豪;电火箭的研究现状与应用分析[J];上海航天;2001年05期
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1 田阔;直流电弧等离子发生器射流脉动的研究[D];清华大学;2001年
【二级引证文献】
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2 周恩平;杨嘉祥;马凤莲;;水中交流电弧等离子体特性的测量[J];哈尔滨理工大学学报;2010年04期
3 侯凌云;贾云涛;刘政胤;;参数变化对低功率电弧发动机性能和稳定性的影响[J];推进技术;2007年03期
4 侯凌云;沈岩;刘政胤;;阳极结构对电弧加热发动机性能和稳定性的影响[J];推进技术;2008年03期
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1 龚景松;钟北京;侯凌云;宋耀祖;;深空探测推进系统的发展现状和发展趋势[A];中国宇航学会深空探测技术专业委员会第二届学术会议论文集[C];2005年
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1 周恩平;水中交流电弧的特性分析[D];哈尔滨理工大学;2010年
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【相似文献】
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2 刘宇,张振鹏,吴汉基,安世明;国外电弧加热喷气火箭发动机理论与实验研究[J];推进技术;1994年06期
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10 国防科工委空气动力学专业组;;俄罗斯中央通用机械研究院设备性能表[A];高超声速前沿问题研讨班[C];2002年
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3 全国炼钢-连铸技术知识竞赛专家组;ASEA-SKF钢包精炼技术[N];中国冶金报;2007年
4 皮埃尔·路易斯;二十一世纪食品包装技术新变化[N];中国贸易报;2001年
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