《基於熱化耦合的脈衝電流激勵下含能工質燒蝕機理研究》是依託北京理工大學，由劉向陽擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於熱化耦合的脈衝電流激勵下含能工質燒蝕機理研究
- 依託單位：北京理工大學
- 項目負責人：劉向陽
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
脈衝電漿推力器（PPT）有望成為最先用於微小衛星的電推進系統，含能工質則可有效彌補PPT效率低下的缺陷。鑒於脈衝電流激勵下工質燒蝕機理是PPT研究的關鍵科學問題，含能工質燒蝕機理研究有助於強化PPT在微小衛星套用的技術優勢，本研究從試驗和理論兩方面開展含能工質瞬態燒蝕機理研究。為此，首先通過紅外光譜修正技術實現放電過程中固體壁面溫度瞬態測量，並開展含能工質燒蝕機理實驗。其次，開展定常條件下的燒蝕機理研究，在傳導/輻射複合傳熱機制研究的基礎上建立基於熱化耦合的燒蝕機理模型，獲得物性參數對燒蝕參量的影響規律，闡釋含能工質化學能在燒蝕中的釋放機制。最後，開展瞬態燒蝕機理研究，利用物性參數計算、仿真模擬和驗證試驗等手段獲得組分配比對燒蝕演化的影響機制。研究結果從本質上揭示基於熱化耦合的脈衝電流激勵下含能工質燒蝕演化機理，為含能工質在PPT的套用和改進指明方向。
結題摘要
脈衝電漿推力器（PPT）有望成為最先用於微小衛星的電推進系統，含能工質則可有效彌補PPT效率低下的缺陷。鑒於脈衝電流激勵下工質燒蝕機理是PPT研究的關鍵科學問題，含能工質燒蝕機理研究有助於強化PPT在微小衛星套用的技術優勢，本研究從試驗和理論兩方面開展含能工質瞬態燒蝕機理研究。本研究製備了不同組分配比的五種HTPB/AP工質，並使用其開展了含能工質PPT性能與燒蝕機理實驗。對其燒蝕質量，放電參數，電漿特性做了測試，從多個方面對燒蝕過程進行了分析。測試結果表明，不同組分配比的HTPB/AP工質燒蝕質量均小於PTFE，且隨著氧化劑AP含量的增加而增加。但其放電參數，電漿特性與PTFE工質差別不大。此外，本研究還開展了定常條件下的燒蝕機理研究，闡釋了含能工質化學能在燒蝕中的釋放機制，並且對電熱能，化學能和不同工質燒蝕所需能量這些因素對燒蝕過程的影響做了進一步計算與分析。計算結果表明，HTPB/AP工質與PTFE工質燒蝕質量的差別可以用工質燒蝕所需能量的不同來解釋；不同氧化劑含量的HTPB/AP工質燒蝕質量變化規律是受化學能釋放的量影響的，當氧化劑增加時，化學反應程度增加，釋放的化學能增加，導致工質的燒蝕量增加。本研究通過仿真計算，驗證了試驗中獲得的結果，並且獲得了組分配比對燒蝕過程的影響機制。另外還有一個新的發現，HTPB/AP工質與PTFE工質能夠產生的氣體量差別較大，但產生電漿的電子密度沒有顯著差異，這是因為HTPB/AP推進劑相對於PTFE工質雖然具有較小的燒蝕質量，但HTPB工質產生電子的能力比PTFE高約3倍左右。研究結果從本質上揭示了基於熱化耦合的脈衝電流激勵下的含能工質燒蝕演化機理，為含能工質在PPT的套用和改進指明方向。
