脉冲等离子体推力器羽流的粒子模拟
微波等离子推力器真空羽流模拟计算
ａ ｒ ｄ ｓ ｈｅ ｅ ｍｏ ｅ ｄ ｒ ｄ ｍ ａ ｎｄ ｈａ ｐ ｒ ｄ ｌａ ａ ｏ ｓ ｍｐｌｎ ｒｑｕｅ ｙ ｍｅ ｈ ｒ ｎ ｎ ｉ ｇ ｆｅ ｎｃ ｔ ｏ ａ ｅ ｄ
７０７ ） １０ ２
定模 式 的谐 振 并 与 推 进 剂 （ Ｈ 、 Ｈ Ｎ 、 ｅ Ｎ ，或 Ａ ） 合 、 ｒ耦 激发 ， 成 高 温 高 压 等 离 子 流 ， 拉 瓦 尔 喷 管 高 速 喷 形 经
出， 产生 推力 。
对 微 波 等 离子 推 力 器 （ Ｔ） 真 空 羽 流进 行 了 数 值 模 拟 计 算 ， ＭＰ 的 为 了提 高 计 算 效 率和 节 省 计 算机 内存 ， 用 了随 机 取 样 频 率 法 采
等离 子 体为 自由悬 浮 状 态 （ ｒｅＦｏｔ ｇ ， 损 失 小 ， Ｆｅ —ｌ ｉ ） 热 ａｎ
进 行 了计 算 ， 对 羽 流 污 染 进 行 了分 析 。 计 算 结 果 对 以后 ＭＰ 并 Ｔ
真空羽流 场测试和航 天 器一体化 设计提供 了参考。 关键词 ： 蒙特卡 罗法； 粒子 节点法 ； 波等 离子推 力器 ； 微 羽流 ； 数
ｕ ｅ ．Ｉ ｏｄ ｒｔ ｒｍｏｅ ｔ ｅ ｅ ｉｉ ｎ ｙ ｏ ａｃ ａｉ ｎ ａ ｄ ｓ ｖ ｈ ｓ ｄ ｎ ｒ ｅ ｏ ｐ ｏ ｔ ｈ ｆ ｃ ｅ ｃ ｆｃ ｕ ｔ ｎ ａ ｅ ｔ ｅ ｌ ｌ ｏ
ＥＭ Ｓ ｍｅ ｏ ｙ ｏ ｏｍｐｕｅ ｔ ａ ｄ ｍ ａ ｌｎ ｅ ｕｅ ｃ ｅｈ— ｍ ｒ ｔ ｃ ｆ ｈｅ ｔｒ，ｈｅ ｒ ｏ ｓ ｍｐｉ ｇｆ ｑ ｎ ｙｍ ｔ ｎ ｒ
离子推力器羽流特性的粒子模拟
一
个重要研 究方 向 。特别是 ， 羽流 中 由于离子和 中性原 子碰撞 所产 生的低 能量 电荷交换 （ Ｅ 离子速度 较低 ， Ｃ Ｘ）
受 到等 离子体 自洽 电场 的影 响较为 强烈 ， 而撞 击 到离 子 光 学 系统 、 阳能 帆板 以 及航 天 器表 面 ， 生污 染 。 进 太 产
性 进 行 了数 值 模 拟 ， 将 模 拟 结 果 与 实 验测 量 数 据 进 行 了对 比分 析 。研 究 结 果 表 明 ： 值 模 拟 结 果 与 实验 测 量 并 数
值 基 本 一 致 ， 型 可 以很 好 地 评估 离子 推力 器 的羽 流 特 性 ； 流 区离 子 数 密 度 达 到 ｌ ｍ 量 级 ， 对 航 天 器 模 返 Ｏ 会 表 面 产 生 污 染 ； 压 对 束 流 区 域 外 电荷 交 换 离 子 影 响 较 为 显 著 ， 可 忽 略 。 背 不 关 键 词 ： 离 子 推 力 器 ； 羽 流 ； 粒 子 网格 单 元 ； 蒙 特 卡 罗 碰 撞 ； 电荷 交 换 ； 返 流 区
中图 分 类 号 ： Ｖ４ｉ １ ． ７ ８ ＨＰ Ｐ ２ １ ２ Ｏ ． ４ １ ｏ ：０ ３ ８ ／ Ｌ Ｂ Ｏ Ｏ ２ ２ ０ ０
随着 等离 子体技 术 的 日益发展 ， 子推力器 被广泛 应用 于卫 星的位置 保持 以及深空 探测 等任务 ， 到 了多 离 得
第 ２ 卷 第 ２期 ２
２１ ０ ０年 ２月
强 激 光 与 粒 子 束
ＨＩ ＧＨ ＰＯＷ ＥＲ ＬＡＳＥＲ ＡＮＤ ＰＡＲＴＩ ＣＬＥ ＢＥＡＭ Ｓ
脉冲等离子体推力器羽流的一体化粒子模拟
体化模拟 Ｎ Ｓ ｌｎ 羽流。Байду номын сангаас不 同出口偏转 角的羽流场进行模拟 ， 出了不 同偏转 角度 下离子 、 Ａ Ａ ＧｅｎＰ 给 电势 、 温度 的变化
情况 ， 并与 实验 结果进行 了比较 。结果显 示， 该模型具有一体化 （ 工作过 程到 羽流 ） 从 预测脉 冲等 离子体推 力 器羽流的 能
固 体 火 箭 技 术
第３ ３卷第 １ 期
Ｊｕ ａ ｆＳ ｌ ｃ ｅ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ ｒ ｌｏ ｏｉ Ｒｏｋ ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｎ ｄ Ｔ
脉 冲等 离 子体 推 力器 羽流 的 一体 化 粒 子 模 拟①
尹 乐， 周 进， 杨 乐 ， 自然 ， 李 吴建军 ， 李
４０７ ） １０ ３
ｔｍｐ ｒ ｔ ｒ ｉｃ ａ ｇ ｄ ｌｗ ｒ ｓ ｄ ｔ ｉ ｌｔ ｌ ＡＳ Ｇｌｎ Ｐ ｌｍｅ ｆ ｍ ｎ ｏ ｅ ｄ ｅ ｅａ ｕ ｅ ｄ ｓ ｈ ｅ ｍｏ ｅ ｅ ｅ ｕ ｅ ｏ ｓｍｕ ａｅ ｔ ｅ Ｎ Ａ ｅ ｎ Ｐ Ｔ ｐ ｕ ｒ ｒ ｌ ｏ ｅ ｄ ｔ ｎ ．Ｔ ｅ ｐｕ ｉ ｉ ｅ ｅ ｔｄ ｆ ｃ ｈ ｌ ｍｅ ｗ ｔ ｄｆ ｒ ｎ ｅ ｅ — ｈ ｌ ｔ ｎ ａ ｇ ｅａ ｈ ｒ ｓｅ ｕ ｌｔ ａ ｃ ｉｖ ｄ ｉ ａｃ ｌｔ ｎ， ｄ ｃ ｍｐ ｅ ｉ ｘ ｅ ｍｅ ｔ ｅ ｕ ｔ． １ ａｉ ｔ ｎ ｆ ｏ ｉ ｎ ｌ ｔ ｅ ｔ ｕ ｔｒｏ ｔ ｓａ ｈ ｅ ｅ ｃ ｌｕ ａ ｉ ｏ ｔ ｈ ｅｗ ｎ ｏ ａ ｏ ａ ｄ ｗ ｔ ｅ ｐ ｒ ｎ ａ ｒ ｓ ｌ Ｉｌ ｖ ｒａｉ ｓｏ ｎ，ｐ ｔｎ ｉ ｎ ｒ ｈ ｉ ｌ ｓ ｅ ｏ ｉ ｏｅ ｔ ｌ ａ ｎ ｌｃｒ ｅ ｅ ａｕ ｅ ｗ ｒ ｈ ｗｎ ｈ ｅ ｕ ｔ ｓ ｏ ｔ ｅ Ｐ ， ｌ ｍｅ ｆ ｍ ｎ ｅ ｄ ｃ ｕ ｄ ｂ ｉ ｌ ｔｄ ｗｉ ｔ ｉ ｄ １ ｈ ａ ｄ ｅｅ ｔ ｎ ｔｍｐ ｒ ｔｒ ｅ ｅ ｓ ｏ ．Ｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｈ ｗ ｔ ａ ｈ ｆｒ ｐ ｕ ｏ ｅ ｄ ｔ ｎ ｏ ｌ ｅ ｓｍｕ ａｅ ｔ ｈ ｓｍｏ ｅ ．Ｔ ｅ ｏ ｓ ｈ ｔ ｒ ｏ ｈ ａ ｄｔ ｎ ｏ ｅ ｅ ｔ ｎ ａ ｇｅ ｓ ｎ ｔ ｅ ｓｔ ｅ ｄｆ ｓｏ ｍａ ｅ ｈ ｌ ｍｅ ｄ ｆ ｓ ａ ｉｌ ｄ ｃ ｎ ｔ ｃ ｘ ａｌ ，ａ ｄ ｗｅ ｋ ｎ ｈ ａ ｋ ｄ ｉ ｏ ｆｄ ｆ ｃｉ ｎ ｌ ￣ｅ ｇｈ ｎ ｈ ｉ ｕ ｉ ｎ， ｋ ｓｔ ｅ ｐｕ ｉ ｕ ｅ ｒ ｄ ａｌ ａ ｏ ｓｒ ｔａ ｉｌ ｎ ａ ｅ ｓ ｔｅ ｂ ｃ ・ ｉ ｌ ｏ ｆ ｙｎ ｉ ｙ ｌ ｆ ｗ．ｗ ｉｈ ｒ ｓ ｌ ｎ ｓ ｍｅ ｉ ｒ ｖ ｍｅ ｔｔ ｈ ｅ ｃ ｅ ｃ ｆ Ｉ ｉ ｈ ｒｅ ｍｏ ｅ ． ｏ ｈ ｃ ｅ ｕｔ ｉ ｏ ｍｐ ｏ ｅ ｎ ｏ ｔ ｅ ｄ ｆ ｉ ｎ ｙ ｏ ｌ ｄ ｓ ａｇ ｄ １ ｓ ｔ ｔｅ ｃ Ｋｅ ｒ ｓ ＤＳ ／ Ｉ ｕ ｄ ｈ ｂ ｄ ｍｅｈ ｄ； ｎ — ｉ ｎ ｉｎ ｔ ｏ ｔｍｐ ｒｔ ｒ ｉｃ ａ ｇ ｄ ｅ ； ｕｓ ｄ ｐ ａ ｍａ ｔ ｒ ｓｅ ； ｌ ｍｅ ｙ ｗｏ ｄ ： ＭＣ Ｐ Ｃ ｆ ｉ ｙ ｒ ｔ ｏ ｏ ｅ ｄ ｍｅ ｓ ｗ — ｌ ｉ ｏ ｅ ｅ ａｕ ｅ ｄ ｓ ｈ ｒ ｅ ｍｏ ｌ ｐ ｌｅ ｌｓ ｕ ｔｒ ｐ ｕ ｈ
脉冲等离子体推力器等离子体羽流的光谱研究
脉冲等离子体推力器等离子体羽流的光谱研究人类在科学技术发展的道路上走得越来越远，在太空探索中，脉冲等离子体推力器等离子体羽流技术逐渐受到了广泛的重视。
脉冲等离子体推力器以等离子体羽流方式产生推力，可以帮助飞船和卫星加速，从而实现更高效的太空绕行。
而该技术的光谱特性对于研究等离子体推力器的性能有着至关重要的意义。
本文将以《脉冲等离子体推力器等离子体羽流的光谱研究》为研究主题，探讨脉冲等离子体推力器等离子体羽流发射出来的光子（即等离子体推力器等离子体羽流）的光谱特性，以及这种特性对太空探索的影响。
二、技术原理脉冲等离子体推力器等离子体羽流的技术原理涉及到三个主要方面：物理通道、脉冲驱动器和等离子体羽流的形成及其光谱特性。
（1）物理通道等离子体推力器的工作原理需要一个物理通道，以便于其中的等离子体能够在通道中自由移动。
通常，这种物理通道是由一组碳纤维、碳管或金属管制成的，这些管道的直径可以调节，从而控制等离子体推力器的性能。
此外，物理通道的尺寸、形状和结构也会影响等离子体推力器的性能。
（2）脉冲驱动器等离子体推力器的工作原理依赖于脉冲驱动器，脉冲驱动器可以产生一系列脉冲，每一个脉冲都可以在一定时间内产生一股巨大的能量。
这股能量可以把等离子体从物理通道中触发出来，并在物理通道外形成一个等离子体羽流。
（3）等离子体羽流的形成及其光谱特性等离子体羽流是由一系列电离气体中漂浮的离子、电子和原子组成的，当这种电离气体与脉冲驱动器的脉冲发生作用时，会产生推力。
当等离子体羽流形成后，也会释放出一系列不同波长的光子，这些光子将组成这种等离子体羽流的光谱特性，从而影响等离子体推力器的性能。
三、实验研究由于脉冲等离子体推力器等离子体羽流的性能与其光谱特性密切相关，因此本文进行的实验研究的主要目的是研究不同参数条件下脉冲等离子体推力器产生的等离子体羽流的光谱特性，以及这些特性对其性能的影响。
（1）实验研究的内容本次研究的内容包括：辐射强度的测量、等离子体羽流的能量分布测量和等离子体羽流的光谱特性测量。
第9章 脉冲等离子体推力器_PPT_
它的缺点是效率较低（功率愈小效率愈低，几瓦时只有百分之几）；另外，想获得大的推力困 难。
9.3 运行机理分析与基本性能参数
(1)从电磁加速过程看影响推力的因素
为 w ，高为 h1 ，求得电磁加速和气动压力加速产生的元冲量 Iem 和 Ig ，可用下式表示：
∫∫ ∫ ∫ ( ) Iem =
∞ μ0H 2 dAdt ≈ μ0 h1 ∞ i2 t dt
02
2w0
(9.1)
气动压力产生的冲量为：
2
∫∫ ∫ ∑ Ig =
dA
t
nm
0
ν iν
f
dt ≈
α
mα cα
按工质分
PPT
按电极结构分
气体
液体
固体
平行 轨道
同轴 钮扣
T管
线性 压缩
图 9.1 PPT 的分类
采用气态推进剂(氮、氬气)的 PPT，因推进剂流量与投入的加速能量相互独立，容易在大功率下运 行。但是由于推进剂投入与加速能量投入难于同步，推进剂利用率低，而且快速动作控制阀门不易解决， 应用受到限制。用液态水银和固体金属锌作推进剂，由于喷射流的沉积物导电性能都不理想。直到找到 固体氟塑料(主要是聚四氟乙烯，俗称太氟隆，英文名为 Teflon)作推进剂，烧蚀型脉冲等离子体推力 器(简写成 APPT)或称太氟隆脉冲等离子体推力器(简写成 TPPT)便很快获得了应用，而且成为第一个应 用于航天器控制的电火箭发动机。这里就以它作为 PPT 的代表加以介绍。
从上述工作过程可知，存在于电极之间的带电粒子将受到三种力的作用：一是电磁力，它使等离 子体沿电极出口方向加速；二是气动压力的作用，受热膨胀；三是电极间电场力的作用，电场力只对 放电和维持放电产生作用，对产生推力的加速没有影响，显然，对于不带电的中性粒子，只受气动压 力的作用。
脉冲等离子体推力器特氟隆烧蚀过程数值模拟
４ １ ０ ０ ７ ３ ） （ 国防科技 大学 高超声速冲压发动机技术重点实验室 ， 长沙
摘要 ： 为揭示脉冲等 离子体推力器推进剂的烧蚀过程对推 力效率的影 响， 建 立 了特 氟隆的二维 两相 烧蚀模 型， 通过 与 等 离子体 的流动传 热过程进行耦 合计算 ， 开展 了对推进剂烧蚀过程 的数值研 究。研 究表 明 ， 放 电过程 中电极 附近 的推进 剂 表 面温度 更高， 烧蚀速率更大 ； 推进 剂烧蚀过程 与推 力器的放 电过程之间的 匹配失衡 以及放 电电流的反复振 荡降低 了推 力
固 体 火 箭 技 术 第３ ６卷第 ２期
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ０ ｆ Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ Ｒｏ ｃ ｋ ｅ ｔ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｖｏ １ ． ３ ６ Ｎ ｏ ． ２ ２ Ｏｌ ３
脉 冲等 离 子体 推 力器 特 氟 隆烧 蚀 过 程 数 值 模 拟①
效率； 放 电后期迅速关断放 电电流和对推进剂进行冷却 ， 有助于减小 因粒子发射带来的推进 剂损 失，推力器 ； 特 氟隆； 推进剂烧蚀 ； 推力效率
中图分类 号 ： ￣ ４ ３ ８ 文献标识码 ： Ａ 文章 编号 ： １ ０ ０ ６ － ２ ７ ９ ３ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ － ０ ２ １ ０ － ０ ６
ｔ ｗｏ － ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｌ ｆ ｏ ｎ ｂｌ ａ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗ ａ ｓ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｅ ｄ ．Ｂ ｙ ｃ ｏ ｕ ｐ ｌ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｉ ｓ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｗｉ ｔ ｈ ｐ ｌ ａ ｓ ｍａ ｌ ｆ ｏ ｗ ａ ｎ ｄ ｈ ｅ ａ ｔ ａ ｎ ｌｙ ａ ｓ ｉ ｓ ，ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｌ ｌ ａ ｎ ｔ ａ ｂ ｌ ａ －
磁等离子体动力推力器加速机理研究与仿真
ｕｎｄｅｒ ａ ｓｔｒｏｎｇ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ． Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｌｏｗ⁃ｐｏｗｅｒ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｔｈｒｕｓｔｅｒｓ，ｔｈｅ ｍａｇｎｅｔｏｐｌａｓｍａｄｙｎａｍｉｃ ｔｈｒｕｓｔｅｒｓ ｈａｖｅ
ｌａｒｇｅｒ ｐｏｗｅｒ ａｎｄ ｌａｒｇｅｒ ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔ ｆｌｏｗ，ｗｈｉｃｈ ｌｅａｄｓ ｔｏ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｓ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｃｏｓｔ ａｎｄ ｃｅｒｔａｉｎ ｄａｎ⁃
ｇｅｒｓ．Ｔｈｅ ｐｌａｓｍａ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｇｎｅｔｏｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ ｅｑｕａｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｍｏｄｅｌ ｔｈｅ ｔｈｒｕｓｔｅｒ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔｒｏｎｇ ｍａｇｎｅｔｉｃ
ｆｉｅｌｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｗａｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄｓ ｏｆ ０．２ Ｔ，０．５３ Ｔ，０．６６ Ｔ ａｎｄ １．５４ Ｔ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ
ｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｒｕｓｔｅｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍａｇｎｅｔｏｐｌａｓｍａｄｙｎａｍｉｃ ｔｈｒｕｓｔｅｒ；ｍａｇｎｅｔｏｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ ｅｑｕａｔｉｏｎ；ｍａｇｎｅｔｉｃ ｐｌａｓｍａ
Ｆ ＝－
１
ｅ２
× ２
４π ０
ｒ０
（６）
足够精确［１０，１２］ 。 同时，ＭＰＤＴ 中等离子体电子温度 ＫＴ
脉冲等离子体推力器等离子体羽流的光谱研究
脉冲等离子体推力器等离子体羽流的光谱研究脉冲等离子体推力器（PIB）是一种新兴的等离子体技术，可以实现高速、高效的连续推动，可以实现小型、轻量化和可靠的太空推进系统，以满足需要微型卫星、便携式卫星和其他太空推力器的需求。
其羽流特性一直是研究热点，对于深入了解PIB性能很重要。
本文详细介绍了等离子体羽流光谱研究，重点讨论了其分子散射及等离子体激发态发挥的重要作用。
一、等离子体羽流的概述等离子体羽流是一种流体动力学，它可以描述在等离子体系统中发生的流动和热过程，如等离子体羽流推力器（PIB）。
它反映了现有等离子体系统中物质和能量流动的总体过程。
它由两个不同的方程组组成：动量方程和能量方程，动量方程描述了物质流速的分布和流场的变化，能量方程描述了能量的流动。
等离子体羽流提供了一个理论框架来描述等离子体流体的流动和热传递，根据这种理论框架，可以估算出等离子体推力器的性能，以及识别出影响性能的关键因素，以指导设计过程。
二、光谱研究光谱是通过基于测量特定光谱区间内发射或吸收光来研究等离子体羽流性能的有效方法。
羽流中发现的发射和吸收光大多都是由等离子体离子相互作用的结果。
发射的光主要是由电子和离子体磁场的耦合形成，称为等离子体共振系统；而吸收的光是由分子散射和等离子体激发态引起的。
1.分子散射分子散射是等离子体羽流中发现的最重要的光谱效应。
分子散射指的是等离子体中电子和离子相互作用时释放出的光，这些光受到磁场的局部影响，受到热迁移和量子隧穿等影响，因此可以用来研究等离子体羽流的性能。
2.等离子体激发态等离子体激发态指的是等离子体中的自由电子的激发状态。
在PIB羽流中，由于等离子体中的自由电子能量密度很大，因而激发态会产生大量的发射光，这些光会受到磁场、温度和压力等因素的影响。
三、结论等离子体羽流光谱已成为研究PIB性能的重要方法。
光谱分布受等离子体羽流性能的影响，可以被用来研究等离子体羽流的流动和热特性。
重要的是要了解等离子体羽流中分子散射和等离子体激发态对光谱分布及性能的重要作用，从而更好地理解和描述等离子体羽流的运动。
脉冲等离子体电推进系统实验技术研究进展
脉冲等离子体电推进系统实验技术研究进展李兴达;张天平;王尚民;冯玮玮【摘要】脉冲等离子体电推进是一种利用电容器脉冲放电产生电磁场,带电粒子被电磁场加速而产生推力的电推进系统.由于其结构简单、输入功率小、比冲较高,在微小卫星领域具有很好的应用前景.PPT从原理样机到飞行产品阶段需要进行大量实验,同时调研了英国、美国、日本以及国内部分高校的PPT电推进系统实验,从性能实验、环境实验、寿命实验方面讨论了PPT电推进系统需要开展的实验项目,其中性能实验包括元冲量测量、电参数测量、烧蚀质量测量、羽流诊断,环境实验包括力学、真空和EMC实验.%Pulsed plasma electric propulsion systemis a kind of electric propulsion system. The electromagnetic field is generated by the discharge of capacitor,charged particles are then accelerated by electromagnetic field to produce thrust. PPT is a promising electric propulsion device for small satellite because of its simple structure,low input power and high specific impulse. Lots of tests need to be carried out from the PPT prototype to the flight products. In this paper,the PPT electric propulsion system tests in UK,USA,Japan and some domestic universities are systematically introduced. The test technology of PPT is discussed from performance test,environmental test and life test respectively. Performance test includes impulse bit measurement,electric parameter measurement,ablation mass measurement and plume diagnostic.en-vironmental test includes mechanical test,thermal vacuum test,EMC test.【期刊名称】《真空与低温》【年(卷),期】2017(023)001【总页数】5页(P20-24)【关键词】脉冲等离子体;电推进系统;性能;环境;寿命【作者】李兴达;张天平;王尚民;冯玮玮【作者单位】兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室,兰州 730000;兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室,兰州 730000;兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室,兰州 730000;兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室,兰州 730000【正文语种】中文【中图分类】V439脉冲等离子体电推进（PPT）是一种电磁推进器，具有比冲高、功耗低、结构简单、重量轻等特点，在微纳卫星领域有很强的竞争力和应用前景，典型的任务包括轨道控制、位置保持、阻力补偿、精确编队飞行以及姿态控制等。
脉冲等离子体推力器羽流场数值分析
Ｐ Ｐ Ｔ羽流中包含推进剂 分 解 电 离 产 生 的 电 子、 离子和中性粒子， 羽流所引发的等离子体、 电 磁、 热等环境会对航天器产生溅射腐蚀、 沉积污 染、 电磁干扰和热负荷等效应， 影响航天器的正常 工作， 减少航天器的使用寿命
９ ］ 时间计数器（ Ｎ Ｔ Ｃ ） 方法 ［ 进行碰撞抽样， 中性粒
是电子电量， ｎ ｍ 式中 ｅ ｅ为电子数密度， ｅ为电子质 量， ｐ Ｅ为电场强度， Ｂ为磁感应强 ｅ为电子压强， ｕ 、 ｕ 、 ｕ 离子和中性粒子的运 度， ｅ ｉ ｎ 分别表示电子、 动速度， 、 、 电子 －离子、 电 ν 珋 ν 珋 ν 珋 ｅ ｅ ｉ ｅ ｎ 分别表示电子、 子 －中性粒子的碰撞频率。 羽流场中的电流密度定义为 Ｊ＝∑ ｑ ｎ ｕ ｎ ｕ ｉ ｉ ｉ －ｅ ｅ ｅ
取更为接近实际情况的羽流信息， 深入揭示羽流 流动规律， 本文综合考虑羽流场的电磁加速作用， 以三维磁流体力学模拟提供入口条件， 采用基于 Ｄ Ｓ Ｍ Ｃ和 Ｐ Ｉ Ｃ模拟以及流体电子模型的粒子 － 流 体混合 模 拟 方 法 对 Ｐ Ｐ Ｔ羽 流 开 展 了 三 维 数 值 研究。
１ ㊀数学模型
１ ． １ ㊀羽流流动模型 Ｐ Ｉ Ｃ方法用计算机模拟跟踪大量带电粒子在 外加及自洽电磁场中的运动， 对于带电粒子的受 力， 这里利用流体电子模型进行计算。 电子的质量很小， 可以快速移动并迅速达到 平衡分布。将电子视为流体， 忽略较小的非稳态 项和惯性项， 电子的动量方程为 ０ ＝ －ｅ ｎ （ Ｅ＋ｕ ）－ｐ ｅ ｅ ˑＢ ｅ －ｍ ｎ ν 珋 [ｕ )] ｕ ｕ 珋 珋 ｅ ｅ ｅ ｅ －( ∑ ν ｅ ｉ ｉ ＋∑ ν ｅ ｎ ｎ
等离子体推动器
等离子体推动器一、为什么要使用电推动器？1.传统化学推进剂的缺点：（a）在深空探测中，化学推进剂占航天器重量的绝大部分，有效载荷小，效率低，造价高。
－（附：肼（联氨）-----一种无色发烟的、具有腐蚀性和强还原性的液体化合物NH2 NH[hydrazine],它是比氨弱的碱,通常由水合肼脱水制得,燃烧热较大主要用作火箭2和喷气发动机的燃料,用在制备盐(如硫酸盐)及有机衍生物中）在探索更远的星球时，化学燃料推动已不可行。
（b）通信卫星长寿命增加（15 年）,为保持轨道定点位置,所需的推进剂越来越多（使用次数愈来愈多）,大量挤占了有效载荷的重量。
因此,大型通信卫星的推进系统改用电推进已势在必行。
目前航天领域广泛使用的化学火箭发动机，对于完成航天器从地面向空间轨道的发射任务，还难以用其它动力装置代替。
但由于化学推进的比冲偏小，最大不超过4.6kN*s/kg，所以，如果对于航天器的轨道转移、轨道修正、姿态控制、对接交会、位置保持、南北轨控和星际航行等特殊任务仍然采用化学动力装置，那么就会使一直昂贵的航天器发射成本居高不下，而且也会严重影响其使用寿命。
2.电推进器的优缺点优点：（a）效率高―――喷射离子速度远高于化学燃烧气体粒子速度；电推进技术的推进剂效率(或比冲) 是化学推进系统的几倍甚至几十倍（b）所需重量降低；（c）最终速度高（化学推进剂： 5 km/s，电推动：10-20 km/s）。
缺点：推力小，加速时间长，需要电源，二、推进器的任务✹轨道转移；✹遥感卫星的轨道调整和姿态控制；✹通讯卫星的轨道保持；✹深空探测；三、电推进简史1．国际电推动发展史☞第一次离子推动实验室实验By 1916 Goddard and his students were conducting perhaps the world's first electric propulsion experiments with ion sources. Four years later Goddard devoted passages of his technical reports to his EP experiments.☞第一次电推动飞行实验世界上首次电推进(脉冲等离子体推进) 空间飞行试验是前苏联于1962 年进行的；（该次发射的意义：标志科学界已接受电推进技术，进入一个新的历史时期：不再是证明电推进是否有价值的时期，而是解决静电推进存在的问题。
等离子体粒子模拟方法
等离子体粒子模拟方法一、引言等离子体是一种由带电粒子组成的物质状态，常见于高温、高能量的环境中，如太阳和离子束加速器中。
为了研究等离子体的性质和行为，科学家们开发了各种等离子体粒子模拟方法。
这些方法通过模拟和计算粒子在等离子体中的运动和相互作用，为等离子体物理研究提供了重要的工具。
二、粒子模拟方法1. 粒子运动方程粒子在电磁场中的运动可以由洛伦兹力定律描述。
这个方程将粒子的质量、电荷以及电磁场的分布和强度联系起来，通过求解这个方程，可以得到粒子在给定电磁场中的运动轨迹。
2. 粒子推进器粒子推进器是一种利用电场或磁场加速和控制粒子运动的装置。
常见的粒子推进器有电子枪、离子加速器和等离子体加速器等。
通过粒子推进器，可以产生高能量的粒子束，用于研究等离子体的物理性质和行为。
3. 粒子碰撞模拟粒子在等离子体中的碰撞是等离子体物理研究中一个重要的问题。
粒子之间的碰撞会导致能量交换和动量转移，影响等离子体的宏观性质。
通过模拟粒子之间的碰撞过程，可以研究等离子体中的碰撞动力学和能量输运过程。
4. 粒子模拟代码为了实现等离子体粒子模拟，科学家们开发了各种粒子模拟代码。
这些代码通常基于数值计算和模拟方法，通过离散化空间和时间，将粒子的运动和相互作用转化为计算机可处理的问题。
常见的粒子模拟代码有PIC（粒子-网格法）、Vlasov-Poisson方程求解器和分子动力学模拟等。
三、应用领域等离子体粒子模拟方法在多个领域有重要应用。
以下是一些典型的应用领域：1. 等离子体物理研究等离子体物理研究是等离子体科学的核心内容，通过粒子模拟方法，科学家们可以研究等离子体的运动、稳定性、湍流以及等离子体与壁面的相互作用等问题。
2. 等离子体加热和控制等离子体加热和控制是等离子体应用中的关键问题。
通过粒子模拟方法，可以研究等离子体加热和控制的效果，优化等离子体加热和控制方案，提高等离子体的性能和稳定性。
3. 等离子体诊断技术等离子体诊断技术是研究等离子体性质和行为的重要手段。
等离子体物理研究中的粒子模拟
等离子体物理研究中的粒子模拟一、引言等离子体物理研究中的粒子模拟是一种重要的研究手段，可有效模拟等离子体中的粒子运动规律和物理过程。
目前，粒子模拟已成为等离子体研究领域中的重要组成部分，很好地解决了实验技术无法解决的问题。
本文将从以下几个方面对等离子体物理研究中的粒子模拟进行探讨。
二、等离子体基础知识等离子体是一种由离子、电子和中性粒子组成的高度电离气体。
等离子体常见于自然界中的闪电和太阳风等现象中。
等离子体的特点是导电性能强，能够对电磁波产生响应，并具有较强的辐射效应。
三、等离子体模拟方法等离子体的模拟方法主要包括基于流体力学的模拟和基于粒子动力学的模拟。
基于流体力学的模拟较为简单，但对粒子间的相互作用不能准确模拟。
基于粒子动力学的模拟可以比较真实地模拟粒子间的相互作用，但计算量大。
四、粒子模拟常用方法1. 粒子展开法粒子展开法是利用等离子体壁上的探针或探头测得的数据来反演等离子体中的各种参数，如浓度、速度和温度等。
常用的展开算法有Levenberg-Marquardt 算法、最小二乘法和快速傅里叶变换法等。
2. 粒子跟踪法粒子跟踪法是用离子或电子作为标记粒子来研究等离子体中的物理过程。
该方法虽然精度高，但耗时长、计算量大。
3. 电子径迹法电子径迹法是用电子作为探针来研究等离子体中电子的运动规律。
电子径迹法计算简单，但由于电子的质量较小，因此对于离子运动的影响不能忽略。
五、案例研究以等离子体中的等离子体波为例，通过粒子模拟方法进行研究，探究等离子体波的传播规律。
通过模拟，发现等离子体波的传播方向呈现出类似于椭圆的变化，这种变化是粒子碰撞和等离子体非线性作用导致的。
同时，通过模拟可以优化等离子体波探测技术，提高等离子体波探测的准确率。
六、未来展望未来，随着计算机技术的不断进步，粒子模拟方法将更加高效、准确。
基于人工智能等技术的研究方法将引领等离子体研究的新方向。
同时，为了更好地应用粒子模拟方法研究等离子体，需要进一步完善等离子体基础理论，从而更好地推进等离子体的理论和应用研究。
离子推力器羽流沉积对卫星热控影响研究
离子推力器羽流沉积对卫星热控影响研究林骁雄;陶家生;温正【摘要】离子推力器的羽流是等离子体,等离子体的组成是带电粒子,这与传统的化学推进系统的羽流成分有很大不同,带电粒子有在卫星表面吸附的倾向,会形成羽流沉积污染.这种羽流沉积会改变卫星表面的吸收率和发射率,从而影响卫星的热控性能.为了预测离子推力器的羽流对卫星的热控性能的影响,建立了离子推力器羽流模型.所建模型采用了工程化离子推力器的在卫星上的布局位置和离子推力器的工作参数,模拟了离子推力器的正离子与中和电子束在工程化中分置的实际情况,使模型更为符合实际.通过数值模拟得到了离子、电子、中性粒子的空间分布,电场分布,得到了钼粒子在卫星表面的分布及沉积厚度,比较了模型计算的离子分布与实验获得的离子分布情况,说明了模型分析的正确性,给出了卫星表面热性能的变化及局部区域温升的最大包络可达二十多度的结果.%The ion electric thruster plume is plasma that consists of charged particles,which has a tendency to be adsorbed onto satellite surface.The deposition of the plume can change the absorptivity and emissivity of the satellite surface,which has a negative influence on thermal control property of the satellite.In order to predict this influence,a ion thruster plume model was built.The layout position and working parameters of an engineering ion thruster are adopted in the model to simulate the actual conditions of positive ion and electron beam,which makes the model more in accord with reality.The spatial distribution and electric field distribution of ions,electrons and neutral particles,and deposition distribution of molybdenum particles on satellite surface were obtained with numerical simulation.The ion distributions gotby simulation calculation and experiment was compared,which validated the correctness of the model analysis.The thermal property of the satellite surface and the maximum envelope of temperature increase in local region of the satellite surface are given in this paper.【期刊名称】《火箭推进》【年(卷),期】2017(043)002【总页数】9页(P9-17)【关键词】离子推力器;羽流建模;卫星热控;羽流沉积【作者】林骁雄;陶家生;温正【作者单位】中国空间技术研究院通信卫星事业部,北京100094;中国空间技术研究院通信卫星事业部,北京100094;中国空间技术研究院通信卫星事业部,北京100094【正文语种】中文【中图分类】V434-34电推力器在卫星上作为主推力器在国外已经在轨应用[1-2]，国内已有化学推力器与电推力器混合应用的卫星，全电推进卫星也已在研[3]。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
脉 冲等离 子体推 力器 （ｕｓｄＰａｍ ｈ ｓ ｒ简称 ＰＴ Ｐｌ ｌ ａＴｒ ｔ ， ｅ ｓ ｕ ｅ Ｐ）
作为一种电磁推力器 ， 以其体积小、 重量轻、 结构 紧凑、 控制 方 术 的重要 发 成 展方 向…（ １ 。Ｐ Ｔ所 排 出的 羽 流 中含有 由聚 四氟 乙烯 图 ） Ｐ
ｆ ｓ ｒｐｌ ｎ ｓ ｍ．Ｆ ｒ ｐｃ ａ ｐ ｃ ｔ ｎ ｈ ｕ ｅｉ ｉ ａｇｅｔ ｅｄ ｔ ｂ ｔ ｉ ． ｎ ｔ ｓｐ ｐｒ Ｓ Ｃ Ｄ ｒ ｔ ｉ ｌ ｏ ｏ ｉ ｏ ｅ ａｔ ｙｔ ｒｔｐ ｌ ｓ ｅ ｏ ａ ￣ ｐ ｌ ａ ｏ ，ｔ ｆ ｍ ｒ ｅ ｅｓ ｄ ｓ Ａ ｉ ｉ ｅｌ ｓｎ ａｎ ｏ ｕ ｅ Ｉ ｉ ａ ｅ，Ｄ Ｍ （ ｉ ｃ Ｓ ａ ｎ ｄ ｈ ｅ ｍｕ ｔ ｉ
Ｍｏｔ．ａｏ／Ｉ Ｐｒｃ ｎ ｆ ｉ ｈｂ ｄ ｅ ｏ ｄｏｅｄ ｅｓ ｎＭ Ｄｄｓ ａｇ ｏｅ ａ ｅ ｍｕ ｔｔ Ａ ＡＧｅｎ ｎ Ｃ ｒ）ＰＣ（ ａｉｅｉ Ｃ ） ｕ ｙｒ ｔ ｄａ ｎ－ｉ ｎｉ Ｈ ｉ ｈｒ ｍ ｌｒ ｕ ｄｔ ｓ ｌ ｅｈ Ｎ Ｓ ｌ ｅ ｌ ｔｌ ｎ ｅ ｌｄ ｉｍ ｈ ｎ ｍ ｏ ｃ ｅ ｄ ｅ ｓ ｏ ｉ ａ ｅ ｎ
ｉ ｏ ｔ ｔｆｃｏ ｆ ｅ ｃ ｇ ｔ ｅｓｍＭａｉｎ ｒｓ ｌ ． ｍｐ ｒ ｎ ｔｒｉｌ ｎ ｉ ｉ ａ ａ ｎｕ ｎ ｈ ｔ ｕｔ ｏ ｅ ｓ
Ｋｅ ｒ ｓ ＤＳ ／ Ｉ ｕｄ ｈ ｂ ｉ ｔｏ ； ｎ － ｉ ｎ ｉｎｄ ｓｈ ｒｅ ｍｏ ｅ ； ｕｓ ｄ ｐ ａｍａ ｔｒｓｅ ； ｕ ｙ ｗｏ ｄ ： ＭＣ Ｐ Ｃ ｆ ｉ ｙ ｒ ｍｅｈ ｏ ｅ ｄｍｅ ｓｏ ｃ ａ ｇ ｄ ｌ ｐ ｌｅ ｌｓ ｕ ｔｒ ｆ ｍｅ ｌ ｄ ｄ ｉ ｈ ｌ
Ｌ １ Ｕ Ｊｎ Ｙ Ｇ Ｌ ， ＩＺ— ｎ ｅ， ０ ｉ ， ＡＮ ｅ Ｌ ｉ ａ ｒ
（ ｏｅｅｏ ｅｏ ａｅａｄＭ ｔ ｉ ｎｉ ｅｎ ，Ｎ ｔｎｌＵ ｉ． ｅ ｎｅＴｃｎｌ ｙ Ｃ ａｇｈ １０ ３ ｈｎ ） Ｃ ｌｇ ｆ ｒｓ ｃ ａ ｒ ｌ ｇ ｅｒｇ ａ ｏａ ｎｖ ｏ Ｄｆ ｓ ｅｈｏ ｇ ， ｈｎｓａ４０７ ，Ｃ ｉ ｌ Ａ ｐ ｎ ｅａＥ ｎ ｉ ｉ ｆ ｅ ｏ ａ
脉 冲等 离子 体推 力器 羽流 的粒 子模 拟
尹 乐 ， 进 ， 周 杨 乐 ， 自然 李
（ 国防科技大学 航 天与材料工程学院 ， 湖南 长沙 ４０７） １ ３ ０
摘 要： 目前微小卫星正在积极地发展 中， 脉冲等离子体推力器是其推进系统 的一个重要发展方 向， 为了
能够将 Ｐ Ｔ成功地 运用 于空间 ， Ｐ 需对其 羽流进行 研究。将 Ｄ ＭＣ Ｄｒｃ Ｓ ｕ ｔ ｎＭ ｎ －ａｏ ／Ｉ（ ａｉｅｉ Ｓ （ ｉ ｔ ｉ ｌｉ ｏｔ Ｃ ｒ ）ＰＣ Ｐｒｃ ｅ ｍ ａｏ ｅ ｌ ｔｌ ｎ Ｃ ｌ 流体混合算法 与一维 ＭＨ ｅ） １ Ｄ放 电模型相结合 ， 一体化模 拟 Ｎ Ｓ ｌ ｎＰ Ｆ Ａ ＡＧｅ Ｆ 羽流 ， ｎ 对不 同出 口偏转角的羽流 场进行模 拟 ， 并与实验结果进行了 比较 。计算结果显示引入出 口速度 的偏 转角提高了模型 的羽 流扩散 能力 ， 羽流的扩散角是影 响羽流的一个 主要因素 。 关键词 ： Ｓ Ｃ￣Ｃ流体混合算法 ； ＤＭ ／ 一维 Ｍ Ｄ放电模型 ； Ｈ 脉冲等离子体推力器 ； 羽流
唧 ’ ｕ ｒｍ ｎ ｏｅ ｄ．Ｔ ｅ ｄｓ ｉ ｕｉｎ ｏ ｅ ｅ ｔ ｎ ａ ｅ ａ ｔｅ ｔｒ ｓ ｒｏ ｅ ｃ ｉｖ ｙ ｃ ｌｕａ ｏ ｎ ｏ ａ ｉ ｎ ｂ ｔ ｅ ｎ ｌ ｆ ｍｅ ｆ ｏ ｅ ｄ ｔ ｎ ｈ ｔ ｂ ｔ ｆｄ ｆ ｃ ｏ ｎ ｔ ｈ ｕ ｔ ｔ Ｓａ ｈｅ ｅ ｂ ａ ｌ ｔ ｎ ａ ｄ ｃ ｍｐ ｒ ｏ ｗ ｅ ｉ ｒ ｏ ｌ ｉ ｈ ｅ ｉ ｄ ｃ ｉ ｆ ｅ ｅ ｐ ｒ ｎａ ｒ ｕ ｔ． ｈ ｅｕ ｔ ｓ ｏ ａ ｅｄ ｆ ｃｉｎ ａ ｌ ｔ ｈ ｔ ｔｒ ｕｌｔ ａ ｒｖ ｅ ｄ ｕ ｉ ｆ ｍ ｘ ｅ ｉ ｔ ｅ ｌ ｓ Ｉ ｅ ｒｓ ｌ ｈ ｗ ｔ ｔ ｈ ｅ ｅ ｔ ｎ ｅ ａ ｅ ｆｍｓ ｔ ｎ ｉ ｏ ｅｔ ｉ ｓｏ ｏ ｌ ｅ．ｔｕ ｋｎ ｎ ｍｅ ｌ ｓ ｓ ｈ ｔ ｌ ｏ ｇ ｔ ｌ ｅｏ ｅｃ ｍｐ ｈ ｆ ｎｆ ｕ ｈ ｓｍａ ｉｇ ａ
第３ ０卷第 ６ 期
国 防 科 技 大 学 学 报 ＪＵ Ｎ ＬＯ ＡＩＮ ＬＵ ＩＫ Ｔ Ｆ ＥＥ Ｓ Ｃ Ｎ Ｌ Ｇ Ｏ Ｒ Ａ ＦＮＴＯ Ａ ＮＶ ￣ＩＹｏ ＦＮ Ｅ Ｅ Ｈ ＯＯ Ｙ Ｄ Ｔ
Ｖ １ ＯＮ ． ２０ ｏ． ｏ６ ０ ８ ３
文章 编 号 ：０ １ ２８ （０８ ０ 一ＯＯ — ４ １０ — ４６ ２０ ）６ Ｏ ６ ０
中图分类号 ： ２１３ Ｖ １． 文献标 识码 ： Ａ
Ｓ ｍ ｕ ａ ｉ ｎ ｏ ｕ ｅ ｏ ｌ ｓ ｄ Ｐｌ ｓ ａ Ｔｈｒ ｓ ｅ ｉ ｌ ｔｏ ｆＦｌ ｍ ｆＰｕ ｅ ａ ｍ ｕ ｔｒ
ｂ Ｍ Ｃ／ Ｃ ｕ ｄ Ｈｙ ｒｄ Ｍ ｅｈ ｄ ｙ ＤＳ ＰＩ Ｆｌ ｉ ｂ ｉ ｔ ｏ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ａ ｒｓ ｎ ，ｍｉｒ－ａｅｌ ｅ ｎ ｌ ｌ ｓ ｔｌｔｓａｅ ｕ ｄ ｒｒｐｄ ｄ ｖ ｌｐ ｅ ｔ ｒ ｅｐ ｌ ｄ ｐａ ｍａｔｒ ｓ ｒ ｓ ｏ ｄ ｃ ｏｃ ｓｒ ｃ ： ｔｐ ｅｅ ｔ ｃｏ ｓ ｔｌ ｔｓ ｄ ｓ ａｌ ａｅｌｅ ｒ ｎ ｅ ｉ ｅ ｅｏ ｍ ｎ ． ｈ ｕｓ ｌｓ ｕ ｔ ｇ ｏ ｈ ｉｅ ｉ ａ ｎ ｉ ａ ｅ ｈ ｅ ｉａ