磁等离子体发动机中磁喷管分离过程的流体模拟

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作者 杨振宇 张元哲 +2 位作者 范威 杨广杰 韩先伟 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期246-255,共10页

磁等离子体发动机在深空探测、载人航天等领域具备广阔的应用前景.发动机的磁喷管单元将离子能量转化为轴向动能,对磁喷管中等离子体与磁场分离的物理过程开展研究对提升发动机推进效率具有重要意义.本文建立了针对磁等离子体发动机中... 磁等离子体发动机在深空探测、载人航天等领域具备广阔的应用前景.发动机的磁喷管单元将离子能量转化为轴向动能,对磁喷管中等离子体与磁场分离的物理过程开展研究对提升发动机推进效率具有重要意义.本文建立了针对磁等离子体发动机中磁喷管的流体数值模型,并在不同入口离子温度、背景磁场条件下开展了数值模拟.计算结果表明:等离子体向下游运动的过程中轴向速度增大,并与磁力线逐渐分离,绝热性损失分离机制在分离过程中起主导作用;入口离子温度升高,离子轴向速度增大,离子与磁场分离位置更靠上游,但不会对阻性分离过程产生影响;背景磁场增强,下游离子速度减小,流线与对称轴的夹角减小,各种分离机制中绝热性损失分离机制仍起主要作用. 展开更多

关键词 磁等离子体发动机 磁喷管 等离子体分离 流体模拟

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磁等离子体发动机的多流体模拟

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作者 杨振宇 鲁海峰 +1 位作者 范威 张元哲 《火箭推进》 CAS 北大核心 2024年第2期57-66,共10页

磁等离子体发动机(magnetoplasma rocket engine,MPRE)的离子回旋共振加热(ion cyclotron resonance heating,ICRH)单元将射频能量直接耦合给离子,是发动机的工质加热单元,其加热效果对发动机推力性能有关键影响。为探究ICRH单元的工作... 磁等离子体发动机(magnetoplasma rocket engine,MPRE)的离子回旋共振加热(ion cyclotron resonance heating,ICRH)单元将射频能量直接耦合给离子,是发动机的工质加热单元,其加热效果对发动机推力性能有关键影响。为探究ICRH单元的工作规律,建立了用于模拟MPRE的二维轴对称多流体模型,并采用该模型对MPRE中螺旋波等离子体源与不同输入的ICRH单元进行了模拟。计算结果表明:螺旋波等离子体源在放电过程中由于沉积功率分布发生变化而不断经历模式转变过程,模式转变时电子温度出现峰值,等离子体密度迅速上升;开启ICRH输入后,电子参数基本不变,离子温度有明显提升,表明ICRH单元对离子有明显加热效果,且增加输入电流幅值与输入电流匝数均可显著提高离子温度,实现发动机高比冲工作模式。 展开更多

关键词 磁等离子体发动机 螺旋波等离子体源 离子回旋共振加热 能量耦合 流体模拟

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小功率电弧等离子体发动机试验及性能分析 被引量：5

3

作者 汤海滨 张正科 +1 位作者 刘宇 戴梧叶 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第3期233-236,244,共5页

电弧等离子体发动机 (Arcjet)因其高比冲、高推力 功率比等特点成为当前国际上电火箭研究和应用的热点。介绍了小功率Arcjet实验研究系统的主要组成 ,分析了实验方案 ,对 4种不同结构尺寸的发动机进行了性能实验 ,给出初步的发动机工... 电弧等离子体发动机 (Arcjet)因其高比冲、高推力 功率比等特点成为当前国际上电火箭研究和应用的热点。介绍了小功率Arcjet实验研究系统的主要组成 ,分析了实验方案 ,对 4种不同结构尺寸的发动机进行了性能实验 ,给出初步的发动机工作性能参数及实验结果分析。实验结果表明小喷管喉径及氮作为推进剂的发动机性能较好。所得结论对小功率Arcjet发动机的优化设计具有参考价值。 展开更多

关键词 电弧喷射发动机 等离子体发动机 发动机试验 性能分析 小功率 火箭

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小功率电弧等离子体发动机试验及性能研究 被引量：3

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作者 汤海滨 刘宇 戴梧叶 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2000年第6期57-61,68,共6页

电推进技术已应用于航天的多个领域 ,电弧等离子体发动机 (Arcjet)因其高比冲、高推力 /功率比以及大的推进剂选择范围等特点成为当前国际上电火箭研究和应用的热点。文章总结小功率 Arcjet实验及性能研究 ,介绍了实验研究系统的主要组... 电推进技术已应用于航天的多个领域 ,电弧等离子体发动机 (Arcjet)因其高比冲、高推力 /功率比以及大的推进剂选择范围等特点成为当前国际上电火箭研究和应用的热点。文章总结小功率 Arcjet实验及性能研究 ,介绍了实验研究系统的主要组成 ,给出初步的发动机工作性能参数及实验结果分析。 展开更多

关键词 电弧等离子体发动机 实验设备 性能参数 ARCJET

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稳态等离子体发动机磁场设计的发展及其展望 被引量：4

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作者 于达仁 武志文 +1 位作者 鄂鹏 A.I.Bugrova 《中国工程科学》 2005年第4期22-29,共8页

论述了稳态等离子体发动机对于我国空间发展战略的重要意义和作用,指出磁场设计是提高稳态等离子体发动机性能的关键技术之一;分析了稳态等离子体发动机通道内磁场设计的发展过程,在此基础上提出了用于稳态等离子发动机磁场设计的体系... 论述了稳态等离子体发动机对于我国空间发展战略的重要意义和作用,指出磁场设计是提高稳态等离子体发动机性能的关键技术之一;分析了稳态等离子体发动机通道内磁场设计的发展过程,在此基础上提出了用于稳态等离子发动机磁场设计的体系化构想,并且指出了其中存在的一些关键问题和拟采取的解决措施以及磁场体系化设计对稳态等离子体发动机带来的预期效益和影响;最后展望了稳态等离子体发动机磁场设计体系的进一步发展和应用。 展开更多

关键词 空间电推进 稳态等离子体发动机 磁场设计 发展趋势

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小功率电弧等离子体发动机实验数据采集系统 被引量：3

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作者 汤海滨 姬罗栓 +1 位作者 刘宇 戴梧叶 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第5期615-618,共4页

介绍了小功率电弧等离子体发动机的实验装置及数据采集系统 ,阐述其结构组成及工作过程 ,重点介绍了发动机工作推力、电流和电压的测量原理 ,并对数据采集系统的硬件配置、性能及软件的编制的原则、方法作了主要说明 ,给出典型实验所测... 介绍了小功率电弧等离子体发动机的实验装置及数据采集系统 ,阐述其结构组成及工作过程 ,重点介绍了发动机工作推力、电流和电压的测量原理 ,并对数据采集系统的硬件配置、性能及软件的编制的原则、方法作了主要说明 ,给出典型实验所测结果 .测量结果准确反映了实验工作过程 . 展开更多

关键词 电弧等离子体喷气发动机 数据采集 实验测量装置 工作过程 航天电推进技术

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磁等离子体发动机中离子回旋共振天线参数优化 被引量：3

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作者 杨振宇 曹亚文 +2 位作者 范威 魏建国 韩先伟 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期417-426,共10页

磁等离子体发动机(Magnetoplasma Rocket Engine,MPRE)的离子回旋共振加热(Ion Cyclotron Resonance Heating,ICRH)单元中射频天线是能量注入元件,其参数直接影响能量耦合效率。为优化ICRH天线参数,建立了ICRH中粒子模拟(Particle In Ce... 磁等离子体发动机(Magnetoplasma Rocket Engine,MPRE)的离子回旋共振加热(Ion Cyclotron Resonance Heating,ICRH)单元中射频天线是能量注入元件,其参数直接影响能量耦合效率。为优化ICRH天线参数,建立了ICRH中粒子模拟(Particle In Cell,PIC)计算的缩比准则,以缩比PIC模型对ICRH单元进行了仿真计算,分析了天线位置、天线构型、天线输入频率对加热效果的影响,并在30kW MPRE样机上进行了羽流离子能量诊断实验。研究结果表明:天线起始位置位于0.125m (仿真中2.5mm)处加热效果最佳,左旋天线优于右旋天线,双带天线优于单带天线,四分之一扭转天线优于二分之一扭转天线,天线参数优化后离子能量升高到优化前的5.35倍;在螺旋波源功率4kW,ICRH功率8.0kW下,羽流诊断实验中离子能量达50.23eV,表明能量已成功耦合到等离子体中,天线优化方案有效。 展开更多

关键词 磁等离子体发动机 离子回旋共振加热 粒子模拟 射频天线 参数优化

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磁等离子体发动机中离子回旋共振加热多组分流体模拟

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作者 杨振宇 范威 +2 位作者 鲁海峰 张元哲 韩先伟 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期200-208,共9页

离子回旋共振加热(Ion Cyclotron Resonance Heating,ICRH)单元的加热效果对磁等离子体发动机(Magnetoplasma Rocket Engine,MPRE)的推力性能有至关重要影响。为研究ICRH的加热效果,本文建立了用于模拟MPRE中ICRH单元的二维轴对称多组... 离子回旋共振加热(Ion Cyclotron Resonance Heating,ICRH)单元的加热效果对磁等离子体发动机(Magnetoplasma Rocket Engine,MPRE)的推力性能有至关重要影响。为研究ICRH的加热效果,本文建立了用于模拟MPRE中ICRH单元的二维轴对称多组分流体模型,并采用该模型对MPRE中螺旋波等离子体源的工作模式与不同输入条件的ICRH单元进行了模拟。计算结果表明:螺旋波等离子体源在放电过程中要经历从Trivelpiece-Gould (TG)波模式向螺旋波模式的转变过程,模式转变时电子温度出现峰值,等离子体密度迅速上升;开启ICRH输入后,电子参数基本不变,离子温度有明显提升,表明ICRH单元对离子有显著加热效果;此外,离子温度随ICRH输入增大而升高,ICRH输入电流150A时,离子温度可达50eV以上。 展开更多

关键词 磁等离子体发动机 螺旋波等离子体源 离子回旋共振加热 能量耦合 流体模拟

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NASA正在攻克等离子体发动机的关键技术

9

作者 天易 《中国军转民》 2002年第4期42-42,共1页

NASA约翰逊航天中心与MSE技术应用公司同意在开发先进火箭技术方面开展合作,目标是把去火星的飞行时间缩短一半。飞行时间的缩短有助于减少宇航员在飞往火星的行程中遇到的诸如曝露于太空辐射。

关键词 循环系统 等离子体发动机 飞行时间 关键技术 技术应用 太空辐射 质量损失 火箭技术 航天 约翰逊

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硅谷创企研发水等离子体发动机

10

《中国航天》 2018年第9期87-87,共1页

曾创办了俄罗斯小卫星制造商道里亚宇航公司的航天业投资人科科里奇，是正在专心研发水等离子体推进技术的硅谷创企——莫门图斯（Momentus）公司的创始人和总裁。

关键词 等离子体发动机 研发 硅谷 等离子体推进 水 航天业 制造商 小卫星

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稳态等离子体推进器羽流场数值模拟 被引量：6

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作者 贺碧蛟 张建华 蔡国飙 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第9期1009-1013,共5页

采用二维轴对称模型,使用粒子网格法(PIC)和直接模拟蒙特卡洛法(DSMC)相结合的方法,对稳态等离子体推进器(SPT)羽流场进行了数值模拟.采用DSMC方法中的随机取样频率法(RSF)求解粒子碰撞过程,并对比了不同的分配电荷方式、电子运动模型及... 采用二维轴对称模型,使用粒子网格法(PIC)和直接模拟蒙特卡洛法(DSMC)相结合的方法,对稳态等离子体推进器(SPT)羽流场进行了数值模拟.采用DSMC方法中的随机取样频率法(RSF)求解粒子碰撞过程,并对比了不同的分配电荷方式、电子运动模型及SPT出口条件时的羽流场.将不同条件计算得到的羽流场中距SPT出口0.1m,0.5m及1.0m处的离子电流密度和电荷密度与实验结果进行了对比,得出在采用面积权重法分配电荷、等熵模型描述电子运动和用实验值设定发动机出口参数时对SPT羽流场数值模拟的电流密度和轴向附近的电荷密度结果与实验结果符合程度较好的结论. 展开更多

关键词 等离子体动力学 等离子体发动机 稳态等离子体推进器 羽流 粒子网格法 直接模拟蒙特卡洛法

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微波与等离子体之间的相互作用(英文) 被引量：2

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作者 毛根旺 马鸿雅 何洪庆 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 1998年第4期14-17,共4页

根据微波和等离子的基本理论以及它们之间相互作用的原理，建立了由微波能、谐振腔内电场、工质流场、等离子体平衡场等组成的轴对称偏微分方程组。通过对模型的计算，获得了放电管内等离子体区的形状、电场、电子浓度和温度场，以及气... 根据微波和等离子的基本理论以及它们之间相互作用的原理，建立了由微波能、谐振腔内电场、工质流场、等离子体平衡场等组成的轴对称偏微分方程组。通过对模型的计算，获得了放电管内等离子体区的形状、电场、电子浓度和温度场，以及气体温度场。 展开更多

关键词 微波 等离子体 相互作用 等离子体发动机

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热平衡等离子体的二维复合流动数值计算 被引量：1

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作者 杨涓 何洪庆 毛根旺 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第2期152-155,共4页

采用中性气体流动欧拉方程的近似因子分解法,耦合等离子体的热平衡模型方程,对用微波产生的等离子体在喷管内二线轴对称复合流动进行了数值计算。计算结果表明:微波等离子体电子数密度不超出临界值,1kW以下功率微波产生的是弱电离等离子... 采用中性气体流动欧拉方程的近似因子分解法,耦合等离子体的热平衡模型方程,对用微波产生的等离子体在喷管内二线轴对称复合流动进行了数值计算。计算结果表明:微波等离子体电子数密度不超出临界值,1kW以下功率微波产生的是弱电离等离子体;气流的马赫数分布不受微波加热功率、喷管入口压强的影响,喷管内等离子体中电子数密度随微波功率的加大而增加,随入口压强的增加而减小。 展开更多

关键词 微波 等离子体发动机 欧拉方程 热平衡 电子密度 数值计算

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稳态等离子体推力器磁场设计与数值分析 被引量：5

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作者 廖宏图 汪兆凌 +4 位作者 康小录 王正 乔彩霞 汪彤 樊泓 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第3期240-244,共5页

首先分析了稳态等离子体推力器性能对磁场的要求 ,据此介绍了磁路系统的工程设计原则和方法 ;然后 ,采用ANSYS大型有限元分析软件对一个具体的稳态等离子体推力器在额定工况下的磁场进行了计算 ,获得了满意的结果。通过对结果的分析获... 首先分析了稳态等离子体推力器性能对磁场的要求 ,据此介绍了磁路系统的工程设计原则和方法 ;然后 ,采用ANSYS大型有限元分析软件对一个具体的稳态等离子体推力器在额定工况下的磁场进行了计算 ,获得了满意的结果。通过对结果的分析获得了对有关现象的直观深入的认识 ,为所计算具体推力器的改进设计提供了线索 ;同时 ,也证实了以ANSYS为软件平台的稳态等离子体推力器磁路系统计算机数值仿真辅助设计的可行性和有效性。 展开更多

关键词 等离子体发动机 磁场 数值分析 最优设计

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等离子体技术在军事和航天领域的应用 被引量：8

15

作者 马洪霞 《科技创新导报》 2009年第7期2-3,共2页

目前,等离子体技术发展方兴未艾,在工业和家电领域已经得到了广泛应用,在军事和航天领域的也有着广泛的应用前景。本文跟踪等离子体技术发展动态,详细介绍了等离子体技术在军事和航天领域的发展概况和应用前景。

关键词 等离子体 隐身 天线 等离子体发动机

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采用磁等离子发动机实现超高温石墨化工艺

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作者 吴庆越 《自动化博览》 2022年第9期54-61,共8页

针对市场对高性能碳基新材料的迫切需求,尤其是第四代半导体基材、锂离子电池负极材料、复合材料等对超高密度、超高纯度炭材料的需求,开展中间相炭微球超高温石墨化处理工艺及装备研究。基于深空探测领域应用的磁等离子体动力发动机技... 针对市场对高性能碳基新材料的迫切需求,尤其是第四代半导体基材、锂离子电池负极材料、复合材料等对超高密度、超高纯度炭材料的需求,开展中间相炭微球超高温石墨化处理工艺及装备研究。基于深空探测领域应用的磁等离子体动力发动机技术,开展了基于强磁高密度超高温等离子体电磁场耦合加速及调控、大功率分时分级电源启动控制、真空超高温高效率中间相炭微球石墨化工艺制造、高效能稳定连续运作标准化研究。应用磁等离子体动力发动机进行MCMB超高温石墨化处理试验表明:应用超高温等离子体技术进行石墨化处理,可获得石墨化程度较高、微观结构特性优异的碳素材料。基于深空探测领域应用的磁等离子体动力发动机技术,真空下可迅速达到3000℃的高温,十分钟内便可实现毫米级中间相炭微球的高质量石墨化,此种应用在国内尚属首例。实现了中间相炭微球石墨化过程所需的超高温度、高效率和工业智能化控制,制备出具备超高密度、超高纯度的材料,对提升我国新材料工艺制造装备的整体技术水平有重大实际意义。 展开更多

关键词 碳基材料 中间相炭微球 超高温 磁等离子体动力发动机 石墨化

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等离子体给卫星带来冲击

17

《中国对外贸易》 2001年第3期52-53,共2页

关键词 卫星 等离子体推进装置 等离子体发动机

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微波等离子推力器微波模式的合理选择 被引量：7

18

作者 杨涓 何洪庆 +1 位作者 毛根旺 史韶莉 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 1999年第1期76-79,共4页

对矩形波导、圆形波导及同轴线的主模进行了分析计算。结果表明：矩形波导是微波的最佳传输方式，相应的主模ＴＥ１０波是合理的传输模式，微波的频率为２．４５ＧＨｚ左右时，微波衰减很小。从推力器获取最高效率以及与谐振腔获得很好... 对矩形波导、圆形波导及同轴线的主模进行了分析计算。结果表明：矩形波导是微波的最佳传输方式，相应的主模ＴＥ１０波是合理的传输模式，微波的频率为２．４５ＧＨｚ左右时，微波衰减很小。从推力器获取最高效率以及与谐振腔获得很好耦合的角度出发，圆柱谐振腔可作为推力器的“燃烧室”，ＴＭ０１１是谐振腔较好的谐振备选模式。 展开更多

关键词 等离子体发动机 微波传播 谐振 波导模式

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微波等离子推力器同轴谐振腔内的电磁场特性 被引量：3

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作者 唐金兰 何洪庆 +2 位作者 韩先伟 黄晓砥 毛根旺 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第2期148-151,共4页

为了研究同轴谐振腔内导体的头部形状、位置对腔内电磁场分布的影响规律,用时域有限差分法(FDTD)对微波等离子推力器(MPT)TEM谐振模式的同轴谐振腔中的电磁场进行了数值模拟,并结合实验现象对数值模拟的结果进行了分析讨论。结果表明,... 为了研究同轴谐振腔内导体的头部形状、位置对腔内电磁场分布的影响规律,用时域有限差分法(FDTD)对微波等离子推力器(MPT)TEM谐振模式的同轴谐振腔中的电磁场进行了数值模拟,并结合实验现象对数值模拟的结果进行了分析讨论。结果表明,内导体头部形状的改变,改变了同轴腔内电磁场的分布规律和电场强度最大集中区域的位置。内导体位置的改变,只改变电磁场强度的大小,且内导体愈接近同轴腔的底面(即:放电间隙δ愈小),腔内电场强度愈强。同时,锥形头部的内导体,更有利于MPT的启动和稳定工作,为采用同轴谐振腔的MPT工程样机的研制提供了依据。 展开更多

关键词 微波 等离子体发动机 谐振腔 电磁场 数值仿真

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微波等离子推进器性能预示的工程算法 被引量：1

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作者 杨涓 何洪庆 +1 位作者 毛根旺 史韶莉 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 1998年第6期58-60,共3页

对微波等离子推进器提出一种快速性能预估的工程算法。假设谐振腔内的工质参数均匀、气体与微波之间的能量耦合良好、喷管内流动为一维管流，利用等离子体的等温模型可以快速地对微波等离子推进器性能进行估算。采用可变节点划分方法处... 对微波等离子推进器提出一种快速性能预估的工程算法。假设谐振腔内的工质参数均匀、气体与微波之间的能量耦合良好、喷管内流动为一维管流，利用等离子体的等温模型可以快速地对微波等离子推进器性能进行估算。采用可变节点划分方法处理喷管流场，避免了喉部奇点。计算给出一系列不同输入微波功率、工质流量及放电管内压强条件下合理的发动机性能参数。 展开更多

关键词 微波能 等离子体发动机 性能预测 工程计算

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