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100W微波等离子体推力器固态源研制与效率分析

杨花芳  
【摘要】:近十几年来,随着对航天器推进系统性能要求的不断提高,电推进以其独有优势引起了航天界的兴趣和重视,并且越来越多地被应用到空间任务中。微波等离子推力器(MPT)是一种电热型推力器,它具有比冲适中、寿命长、羽流污染小等优点,具有广阔的应用前景。固态源作为MPT的能量供给单元,是MPT关键部件之一,其效率高低也是衡量MPT总体性能的重要标志。 目前实验室现有的MPT微波源体积大、重量重,对MPT研究和性能提高起着制约作用。本论文在原有微波源的基础上,通过理论分析和实际设计,利用半导体器件研制出体积小、重量轻的100W MPT固态源,并在试验基础上对MPT系统效率进行了分析和估算。 本文的主要见解和工作为: 1、利用微波器件、电路、微波等有关知识,对固态源各组成部分进行了分析、比较和选取,确定了固态源的实现方案。微波发生器采用频率比较稳定的石英晶体振荡器,频率合成采用集成锁相环和分频器来完成,功率放大器采用了稳定性、性能较好的场效应管,固态源冷却采用了密闭水循环系统。 2、详细介绍了辅助微波器件的原理和性能,对电路和电路板进行了介绍、MPT选择,在此基础上研制出了符合要求的固态源实物,并对固态源进行了调试、标定和负载试验,解决和分析了实验过程中出现的一些问题和现象,并对实验结果进行了分析说明。 3、利用微波、电路及谐振腔等知识,分析了MPT系统微波传输效率,指出了固态源效率和MPT谐振腔耦合效率是影响MPT系统整体效率的主要因素之一,最后结合实验数据估算出MPT实际工作效率约为27%左右。 经过较长时间验证,研制的固态源能长时间稳定、可靠工作,性能良好,表明研制的固态源是可行的,另外MPT效率分析初步给出了影响效率的一些因素,这些都为进一步提高MPT性能奠定了基础。


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