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脉冲等离子体推力器工作过程仿真研究

张锐  
【摘要】: 本文采用理论分析、数值仿真等方法,对固体烧蚀平行板电极型脉冲等离子体推力器(Pulsed Plasma Thruster,PPT)的工作过程进行了系统的研究,以确定系统参数对推力器性能的影响,探求提高推力器性能的途径。 首先,在传统的描述PPT工作过程的机电模型的基础上,考虑了气动力影响以研究烧蚀质量对推力器性能的影响;建立了两种改进的模型,一种模型采用了修正的电感模型,克服了传统机电模型过高地估计电感值的缺点;另一种模型则采用了Burton提出的考虑了推力器通道实际几何尺寸的电感模型。详细推导了PPT能量转换关系,并对限制系统效率提高的影响因素进行了分析。 其次,基于所建立的模型,利用MATLAB软件的GUI功能开发了脉冲等离子体推力器仿真软件,通过将不同模型的仿真结果与LES-6 PPT实验结果及MACH2仿真结果进行对比,分析了各模型的优缺点。仿真研究了PPT系统电参数(电容容量、初始电压、电感、电阻)、构型参数(极板间距、宽度、厚度、长度)及烧蚀质量对推力器性能的影响。 最后,基于推力器系统性能关系式及一些实验关联式阐述了PPT的设计方法流程,结合利用PPT仿真软件为设计出满足特定性能要求的推力器,开展推力器的设计研究提供基础。 本文针对PPT进行的工作过程的建模和仿真以及设计研究工作,为PPT的应用研究提供了一定的理论支持。


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