【摘要】：上世紀(jì)80年代以來(lái),國(guó)際上微小衛(wèi)星的發(fā)展十分迅猛。脈沖等離子體推力器(Pulsed Plasma Thruster,PPT)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、比沖高、成本低以及推力易控制等優(yōu)點(diǎn),因此,其在微小衛(wèi)星研究領(lǐng)域受到越來(lái)越多的關(guān)注。但傳統(tǒng)平行板脈沖等離子體推力器必須借助火花塞才能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火,限制了推力器微小化和輕量化,點(diǎn)火電壓高達(dá)數(shù)千伏,給PPT的在軌運(yùn)行帶來(lái)安全隱患。雖然同軸型PPT不需要火花塞,但點(diǎn)火電壓仍然需要幾千伏。另外,雖然傳統(tǒng)PPT的比沖比較高,但推功比比較低、推進(jìn)劑利用效率不高,這些都限制了其在軌應(yīng)用。為了去掉火花塞、降低點(diǎn)火電壓、提高推功比,從而實(shí)現(xiàn)固體推進(jìn)劑PPT的輕量化和微小化、提高安全性和推進(jìn)劑使用效率、拓展在軌應(yīng)用范圍,本文將Z-Pinch原理應(yīng)用于PPT,并結(jié)合自點(diǎn)火技術(shù),實(shí)現(xiàn)了一種無(wú)需火花塞的新型脈沖等離子體推力器(Z-Pinch SI-PPT)。通過(guò)對(duì)聚四氟乙烯表面進(jìn)行改性,降低了點(diǎn)火電壓,實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)火和放電一體化,從而成功地去掉了火花塞。該新型推力器的兩個(gè)電極均由黃銅制成。陽(yáng)極為釘狀,陰極中心位置有一小口,軸向流動(dòng)的等離子體會(huì)從該小口噴射而出。同時(shí),采用電感儲(chǔ)能升壓原理,設(shè)計(jì)了功率處理單元。功率處理單元的組成元素主要有方波信號(hào)發(fā)生器、MOSFET開(kāi)關(guān)、電感以及電池組等。置于真空艙內(nèi)的推力器通電后,由于陰極和陽(yáng)極之間圓筒形推進(jìn)劑表面的弱導(dǎo)電性使得兩端電壓升高,推進(jìn)劑表面溫度隨之升高并產(chǎn)生少量的涂層和推進(jìn)劑蒸汽,蒸汽在高電壓下放電完成自點(diǎn)火過(guò)程。燒蝕電離推進(jìn)劑的同時(shí),徑向擠壓部分電離的燒蝕產(chǎn)物,等離子體高速噴出形成推力。利用電子顯微鏡對(duì)多次點(diǎn)火和穩(wěn)定工作后的推進(jìn)劑表面進(jìn)行掃描,結(jié)果顯示推進(jìn)劑表面出現(xiàn)輕微碳化現(xiàn)象。并且,在工作過(guò)程中會(huì)連續(xù)不斷沉積少量從電極濺射出來(lái)的金屬,從而維持了表面弱導(dǎo)電性,實(shí)現(xiàn)了無(wú)需火花塞而保持持續(xù)脈沖和重復(fù)點(diǎn)火。根據(jù)Z-Pinch SI-PPT的點(diǎn)火電壓、離子電流、元沖量等的測(cè)量需求,設(shè)計(jì)并搭建了幾套實(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置。真空艙內(nèi)多次點(diǎn)火實(shí)現(xiàn)累計(jì)脈沖1萬(wàn)多次的試驗(yàn)結(jié)果表明,Z-Pinch SI-PPT的主要性能指標(biāo)為:點(diǎn)火電壓480V,推功比17.83μN(yùn)/W,推力85.6μN(yùn),元沖量4.28μN(yùn)?s、離子電流40mA。與傳統(tǒng)脈沖等離子體推力器相比,Z-Pinch SI-PPT的點(diǎn)火電壓為同軸型脈沖等離子體微推力器的24%,氣體短脈沖等離子體推力器的2.4%。其推功比比傳統(tǒng)PPT的推功比大69.8%。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：V439.2
【圖文】：

索茫茫宇宙一直是人類(lèi)的夢(mèng)想。在幾代科研將人類(lèi)歷史上的第一顆衛(wèi)星送上太空。人造的足跡從陸地、海洋、大氣層擴(kuò)展到了浩瀚類(lèi)社會(huì)的進(jìn)步產(chǎn)生了重大而深遠(yuǎn)的影響[1]。以來(lái)，微小衛(wèi)星的研究得到了越來(lái)越多的重星的不斷發(fā)展，需要設(shè)計(jì)輕質(zhì)量、高比沖、推力器。脈沖等離子體推力器（Pulsed Plas小體積、輕質(zhì)量和低成本等潛在優(yōu)點(diǎn)，理論小衛(wèi)星的位置保持、姿態(tài)控制和軌道提升等 年代以來(lái)，我國(guó)就已經(jīng)開(kāi)展了對(duì)電推進(jìn)的研截止到現(xiàn)在，PPT 在衛(wèi)星上還沒(méi)有得到實(shí)際，包括點(diǎn)火機(jī)理、等離子體的產(chǎn)生和加速、 PPT 的工作機(jī)理，才能有針對(duì)性地改進(jìn)推力靠性、提高推力器的性能參數(shù)以及延長(zhǎng)推力

第一章 緒論烯表面被燒蝕，陰陽(yáng)極之間的推進(jìn)腔內(nèi)形成體區(qū)和銅芯陰極之間形成閉合回路，感應(yīng)磁力。Hiroshi[7]等在 2016 年設(shè)計(jì)出了一種氣體用氬氣為推進(jìn)劑，當(dāng)給電極施加的電壓超過(guò)氬氣被加熱，進(jìn)而電離，產(chǎn)生等離子體。雖點(diǎn)火電壓高達(dá) 20000V。同時(shí)，其工質(zhì)為氣體系統(tǒng)的體積。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 張華;吳建軍;何振;張代賢;魯高飛;;極板構(gòu)型對(duì)脈沖等離子體推力器性能影響[J];國(guó)防科技大學(xué)學(xué)報(bào);2014年04期

2 謝澤華;周進(jìn);李自然;;脈沖等離子體推力器內(nèi)部流場(chǎng)的數(shù)值分析[J];火箭推進(jìn);2014年01期

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10 尹樂(lè);周進(jìn);繆萬(wàn)波;孫明波;楊樂(lè);吳建軍;;脈沖等離子體推力器放電波形設(shè)計(jì)評(píng)估仿真研究[J];推進(jìn)技術(shù);2010年04期

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1 謝澤華;固體燒蝕型脈沖等離子體推力器工作特性研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2013年

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1 石杰;脈沖等離子體推力器工作過(guò)程仿真及其空間任務(wù)應(yīng)用研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2006年

本文編號(hào)：2727636