電弧加熱噴氣發動機又稱電弧加熱噴氣推力器。用電弧放電加熱的推進劑經噴管氣動力加速噴射而產生推力的一種電熱發動機。
基本介紹
- 中文名：電弧加熱噴氣發動機
- 外文名：An arc heats a jet engine
- 學科：航空工程
- 領域：工程技術
簡介,原理,測地衛星,電弧的歷史發展,
簡介
電弧加熱噴氣發動機又稱電弧加熱噴氣推力器。用電弧放電加熱的推進劑經噴管氣動力加速噴射而產生推力的一種電熱發動機。
原理
圓柱形陰極的頭部緊靠噴管的喉部，噴管兼作陽極。當陰極與陽極間加點火電壓並通入推進劑氣體時，陰極頭部與噴管喉部間產生電弧放電，推進劑被電弧加熱後從噴管噴出。電弧放電中心的溫度很高(103~104℃)，因而比沖比電阻加熱噴氣發動機高，用肼作推進劑時，可以達到5000~6000N·s/kg，用氨和氫作推進劑時，可以達到6000~10000N·s/kg。它的氣體加熱過程是在陰極與陰極環隙的空間進行的，因而其比沖和工作壽命不像電阻加熱噴氣發動機那樣受壁面材料耐高溫性的限制。它的電源變換器與控制系統比電阻加熱噴氣發動機複雜,有啟動時瞬態和正常後穩態兩種工作模式，放電電壓為80~130V，啟動時需在陰極與陽極間加高電壓點火脈衝。這種發動機的比沖屬於中等，效率較低(25%~40%)，但啟動時間短，功率排力比僅是離子和電漿發動機的30% ~ 50%，推力和功率範圍寬，適用於中小型太空飛行器的多種輔助推進和主推進，已在多顆衛星上套用。
測地衛星
它是專門用於大地測量的人造地球衛星。測地衛星用於測定地麵點位坐標、地球形體和地球引力場參數，屬於星測地系統的空間部分，可作為地面觀測設備的觀測目標或定位基準。其它類型的人造地球衛星也可用於測地研究,但是精確地測地需要使用專門的測地衛星。測地衛星為大地測量學的發展開闢了新的前景,促成空間大地測量學這一新的學科分支。測地衛星的主要優點是：
①提供了在全球範圍內進行大地聯測的全球統一地心坐標系；
②人造衛星軌道運動反映了地球引力場的各種攝動，通過長期觀測就可精確測定地球引力場參數；
③用衛星進行大地聯測，基線可以長達數乾公里，兩點間不受視距限制，因此控制點位的定位精度比常規大地測量網的精度高一個數量級；
④測地衛星還可用來測量平均海平面高度的變化，研究地殼運動和大陸漂移，並能預測地震和海嘯等。
測地衛星根據衛星上是否載有專用測地系統分為主動測地衛星和被動測地衛星；根據測地任務和方法可分為幾何學測地衛星和動力學測地衛星。
電弧的歷史發展
電弧可作為一種能將推進劑加熱到比一般化學火箭發動機燃燒溫度(3000K左右)更高的有效手段。60年代早期，曾致力於發展高比沖高功率電弧加熱噴氣火箭發動機，所碰到的共同問題是:噴管的放電燒蝕、各種損失造成的低效率和陽極燒蝕等。
從60年代後期到70年代後期，針對電弧加熱器開發了許多高壓電弧研究。所設計產生的電弧，由壓縮電弧、同軸電弧到禍流穩定電弧不斷發展。經過這些努力，使氣體的焓值和設備的使用壽命均有所增加。提高能量轉換效率是兆瓦級電弧加熱器研究的主要問題。
80年代中期的成就改變了人們對電弧加熱噴氣火箭發動機是否可以套用發展的觀念。高效能太陽能接收器的發展，顯著地改善了功率與質量的比值。使用大容量的蓄電池使衛星的功率從數百瓦提高到數千瓦。合理安排使用這些電能，對電弧加熱噴氣發動機幾乎可以說是“免費”。所發展的核電系統也具有非常高的功率/質量比特性。由此使人們看到了電弧加熱火箭發動機成為星際間飛行動力的可能性。
電弧加熱噴氣發動機的主要目標是套用於高效率、高比沖和推力適當低的推進場合，主要有兩類: 一是用於衛星的位置保持、地球軌道轉移和姿態控制；一是作星際空間探測的主推進發動機。
低功率肼推進劑電弧加熱推進技術已基本完成實際飛行前的套用研究，只是還需進一步努力才能達到1000h以上的工作壽命要求，美國以NASA路易斯研究中心，火箭研究公司，通用電氣公司為主，已研製出功率為1. 8kW，比沖5000N·s/kg，推力最小為178mN，壽命超過1000h，可起動900次，推進劑為聯氮的可供空間套用的此類發動機系統。德國和義大利正在研製用於通訊衛星保持南北位置的小功率(0.5~1.5kW)的此類發動機系統，將於90年代中進行空間飛行試驗。日本也正在研製0.5~2kW的發動機，也在研究15kW的大功率系統。美國和歐空局還在研究10~30kW的大功率系統，擬用作把衛星從低軌道提升到同步軌道及星際飛行的主推進系統。
