搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

一种耦合外部电路的脉冲感应推力器磁流体力学数值仿真模型

车碧轩 李小康 程谋森 郭大伟 杨雄

一种耦合外部电路的脉冲感应推力器磁流体力学数值仿真模型

车碧轩, 李小康, 程谋森, 郭大伟, 杨雄
PDF
导出引用
导出核心图
  • 为了深入研究脉冲感应推力器的工作原理,预测其推进性能,建立了一种耦合外部电路的磁流体力学模型,实现了对加速通道内等离子体二维流场结构演化过程及驱动电路放电过程的同步耦合求解.模拟计算所得美国MK-1推力器加速通道内的等离子体瞬态参数分布及推力器比冲、效率等性能参数均与实验数据一致;计算结果成功复现了推力器的工作物理图景.借助这一新模型,实现了对电路-等离子体双向耦合作用的定量分析,分析结果表明:耦合等离子体导致驱动电路等效电阻增大,电感减小;激励线圈与等离子体之间的互感随等离子体整体远离线圈表面而逐渐减小.
      通信作者: 车碧轩, chebixuan@outlook.com
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:51306203)资助的课题.
    [1]

    Polzin K A 2011 J. Prop. Power. 27 3

    [2]

    Martin A K, Dominguez A, Eskridge R H 2015 34th International Electric Propulsion Conference Hyogo-Kobe, Japan, July 4-10, 2015 p50

    [3]

    Russell D, Poylio J H, Goldstein W 2004 Space Conference and Exhibit San Diego, America, September 28-30, 2004 p6054

    [4]

    Dailey C L, Loveberg R H 1987 Pulsed Inductive Thruster Component Technology AFAL TR 07 012

    [5]

    Dailey C L, Loveberg R H 1989 AIAA/ASME/SAE/ ASEE 25th Joint Propulsion Conference Monterey, America, July 10-12, 1989 p2266

    [6]

    Dailey C L, Lovberg R H 1993 The PIT MkV Pulsed Inductive Thruster NASA CR 19 1155

    [7]

    Polzin K A, Choueiri E Y 2006 IEEE Trans. Plasma Sci.. 34 3

    [8]

    Polzin K A 2006 Ph. D. Dissertation.(Princeton: Princeton University)

    [9]

    Polzin K A, Sankaran K, Ritchie A G, Reneau J P 2013 J. Phys. D: Appl. Phys. 46 475201

    [10]

    Martin A K 2016 J. Phys. D: Appl. Phys. 49 025201

    [11]

    Che B X 2015 M. S. Thesis (Changsha: National University of Defense Technology) (in Chinese) [车碧轩 2015 硕士学位论文 (长沙: 国防科技大学)]

    [12]

    Mikellides P G, Neilly C 2007 J. Prop. Power 23 51

    [13]

    Mikellides P G, Ratnayake N 2007 J. Prop. Power 23 854

    [14]

    Mikellides P G, Villarreal J K 2007 J. Appl. Phys. 102 103301

    [15]

    Cheng Y G, Xia G Q 2017 Acta Phys. Sin. 66 075204(in Chinese) [成玉国, 夏广庆 2017 物理学报 66 075204]

    [16]

    Cheng Y G 2015 Ph. D. Dissertation (Changsha: National University of Defense Technology) (in Chinese) [成玉国 2015 博士学位论文 (长沙: 国防科技大学)]

    [17]

    Li M, Liu H, Ning Z X 2015 IEEE Trans. Plasma Sci. 43 12

    [18]

    John D A (translated by Yang Y) 2011 Hypersonic and High-Temperature Gas Dynamics.(2nd Ed.) (Beijing: Aviation Industry Press) pp421-422 (in Chinese) [小约翰 D A 著 (杨永 译) 2011 高超声速和高温气体动力学(第二版)(北京: 航空工业出版社)第421422页]

    [19]

    Cheng X 2009 Thermal Plasma Heat Transfer and Flow (Bejiing: Science Press) pp50-55 (in Chinese) [陈熙 2009 热等离子体传热与流动(北京: 科学出版社) 第5055页]

    [20]

    Deb P, Agarwal R K 2001 AIAA Aerospace Sciemces Meeting . Exhibit Reno, America 2001, p794

    [21]

    Tian Z Y 2008 Ph. D. Dissertation (Changsha: National University of Defense Technology) (in Chinese) [田正雨 2008 博士学位论文 (长沙: 国防科学技术大学)]

    [22]

    Ahangar M, Ebrahimi R, Shams M 2014 Acta Astronaut. 103 129

    [23]

    Heiermann J 2002 Ph. D. Dissertation. (Stuttgart: Universitat Stuttgart)

    [24]

    Sankaran K 2005 Ph. D. Dissertation (Princeton: Princeton University)

    [25]

    Glumb R J, Krier H 1986 AIAA J. 24 1331

    [26]

    Lovberg R H, Dailey C L 1982 AIAA/JSASS/DGLR 16th International Electric Propulsion Conference New Orleans, America, November 17-19, 1982 p1921

    [27]

    Lovberg R H, Dailey C L 1982 AIAA J. 20 971

  • [1]

    Polzin K A 2011 J. Prop. Power. 27 3

    [2]

    Martin A K, Dominguez A, Eskridge R H 2015 34th International Electric Propulsion Conference Hyogo-Kobe, Japan, July 4-10, 2015 p50

    [3]

    Russell D, Poylio J H, Goldstein W 2004 Space Conference and Exhibit San Diego, America, September 28-30, 2004 p6054

    [4]

    Dailey C L, Loveberg R H 1987 Pulsed Inductive Thruster Component Technology AFAL TR 07 012

    [5]

    Dailey C L, Loveberg R H 1989 AIAA/ASME/SAE/ ASEE 25th Joint Propulsion Conference Monterey, America, July 10-12, 1989 p2266

    [6]

    Dailey C L, Lovberg R H 1993 The PIT MkV Pulsed Inductive Thruster NASA CR 19 1155

    [7]

    Polzin K A, Choueiri E Y 2006 IEEE Trans. Plasma Sci.. 34 3

    [8]

    Polzin K A 2006 Ph. D. Dissertation.(Princeton: Princeton University)

    [9]

    Polzin K A, Sankaran K, Ritchie A G, Reneau J P 2013 J. Phys. D: Appl. Phys. 46 475201

    [10]

    Martin A K 2016 J. Phys. D: Appl. Phys. 49 025201

    [11]

    Che B X 2015 M. S. Thesis (Changsha: National University of Defense Technology) (in Chinese) [车碧轩 2015 硕士学位论文 (长沙: 国防科技大学)]

    [12]

    Mikellides P G, Neilly C 2007 J. Prop. Power 23 51

    [13]

    Mikellides P G, Ratnayake N 2007 J. Prop. Power 23 854

    [14]

    Mikellides P G, Villarreal J K 2007 J. Appl. Phys. 102 103301

    [15]

    Cheng Y G, Xia G Q 2017 Acta Phys. Sin. 66 075204(in Chinese) [成玉国, 夏广庆 2017 物理学报 66 075204]

    [16]

    Cheng Y G 2015 Ph. D. Dissertation (Changsha: National University of Defense Technology) (in Chinese) [成玉国 2015 博士学位论文 (长沙: 国防科技大学)]

    [17]

    Li M, Liu H, Ning Z X 2015 IEEE Trans. Plasma Sci. 43 12

    [18]

    John D A (translated by Yang Y) 2011 Hypersonic and High-Temperature Gas Dynamics.(2nd Ed.) (Beijing: Aviation Industry Press) pp421-422 (in Chinese) [小约翰 D A 著 (杨永 译) 2011 高超声速和高温气体动力学(第二版)(北京: 航空工业出版社)第421422页]

    [19]

    Cheng X 2009 Thermal Plasma Heat Transfer and Flow (Bejiing: Science Press) pp50-55 (in Chinese) [陈熙 2009 热等离子体传热与流动(北京: 科学出版社) 第5055页]

    [20]

    Deb P, Agarwal R K 2001 AIAA Aerospace Sciemces Meeting . Exhibit Reno, America 2001, p794

    [21]

    Tian Z Y 2008 Ph. D. Dissertation (Changsha: National University of Defense Technology) (in Chinese) [田正雨 2008 博士学位论文 (长沙: 国防科学技术大学)]

    [22]

    Ahangar M, Ebrahimi R, Shams M 2014 Acta Astronaut. 103 129

    [23]

    Heiermann J 2002 Ph. D. Dissertation. (Stuttgart: Universitat Stuttgart)

    [24]

    Sankaran K 2005 Ph. D. Dissertation (Princeton: Princeton University)

    [25]

    Glumb R J, Krier H 1986 AIAA J. 24 1331

    [26]

    Lovberg R H, Dailey C L 1982 AIAA/JSASS/DGLR 16th International Electric Propulsion Conference New Orleans, America, November 17-19, 1982 p1921

    [27]

    Lovberg R H, Dailey C L 1982 AIAA J. 20 971

  • [1] 杨涓, 石峰, 杨铁链, 孟志强. 电子回旋共振离子推力器放电室等离子体数值模拟. 物理学报, 2010, 59(12): 8701-8706. doi: 10.7498/aps.59.8701
    [2] 周国成, 曹晋滨, 王德驹, 蔡春林. 无碰撞等离子体电流片中的低频波. 物理学报, 2004, 53(8): 2644-2653. doi: 10.7498/aps.53.2644
    [3] 成玉国, 夏广庆. 感应式脉冲推力器中等离子体加速数值研究. 物理学报, 2017, 66(7): 075204. doi: 10.7498/aps.66.075204
    [4] 袁行球, 李 辉, 赵太泽, 王 飞, 郭文康, 须 平. 超音速等离子体炬的数值模拟. 物理学报, 2004, 53(3): 788-792. doi: 10.7498/aps.53.788
    [5] 陈茂林, 夏广庆, 毛根旺. 多模式离子推力器栅极系统三维粒子模拟仿真. 物理学报, 2014, 63(18): 182901. doi: 10.7498/aps.63.182901
    [6] 袁行球, 赵太泽, 王 飞, 郭文康, 须 平, 李 辉, 俞国扬. 直流电弧等离子体炬的特性研究. 物理学报, 2004, 53(11): 3806-3813. doi: 10.7498/aps.53.3806
    [7] 陈茂林, 夏广庆, 徐宗琦, 毛根旺. 栅极热变形对离子推力器工作过程影响分析. 物理学报, 2015, 64(9): 094104. doi: 10.7498/aps.64.094104
    [8] 杨 涓, 苏纬仪, 毛根旺, 夏广庆. 外加磁场微波等离子推力器内流场数值模拟. 物理学报, 2006, 55(12): 6494-6499. doi: 10.7498/aps.55.6494
    [9] 原晓霞, 仲佳勇. 双等离子体团相互作用的磁流体力学模拟. 物理学报, 2017, 66(7): 075202. doi: 10.7498/aps.66.075202
    [10] 杨维纮, 胡希伟. 非均匀载流柱形等离子体中的磁流体力学波. 物理学报, 1996, 45(4): 595-600. doi: 10.7498/aps.45.595
    [11] 杨雁南, 杨 波, 沈中华, 陆 建, 倪晓武, 朱金荣. 真空环境下激光与固体靶冲量耦合的机理分析和数值模拟. 物理学报, 2007, 56(10): 5945-5951. doi: 10.7498/aps.56.5945
    [12] 朱雨, 朱国强, 夏广庆, 薛伟华, 陈茂林. 氩气微腔放电中特性参数的数值模拟研究. 物理学报, 2011, 60(1): 015201. doi: 10.7498/aps.60.015201
    [13] 黎航, 杨冬, 李三伟, 况龙钰, 李丽灵, 袁铮, 张海鹰, 于瑞珍, 杨志文, 陈韬, 曹柱荣, 蒲昱东, 缪文勇, 王峰, 杨家敏, 江少恩, 丁永坤, 胡广月, 郑坚. 黑腔中等离子体相互作用的流体力学现象观测. 物理学报, 2018, 67(23): 235201. doi: 10.7498/aps.67.20181391
    [14] 杨政权, 李成, 雷奕安. 锥形腔等离子体压缩的磁流体模拟. 物理学报, 2016, 65(20): 205201. doi: 10.7498/aps.65.205201
    [15] 苍 宇, 鲁 欣, 武慧春, 张 杰. 有质动力和静电分离场对激光等离子体流体力学状态的影响. 物理学报, 2005, 54(2): 812-817. doi: 10.7498/aps.54.812
    [16] 张杰, 滕爱萍, 李英骏, 孟立民, 程涛. 基于自相似模型的二维X射线激光等离子体流体力学. 物理学报, 2009, 58(8): 5436-5442. doi: 10.7498/aps.58.5436
    [17] 陈茂林, 夏广庆, 魏延明, 于洋, 孙安邦, 毛根旺. 电动帆平行双导线鞘层特性与受力分析. 物理学报, 2016, 65(20): 209601. doi: 10.7498/aps.65.209601
    [18] 周国成, 曹晋滨, 魏新华, 李柳元. 无碰撞电流片低频电磁模不稳定性:MHD模型. 物理学报, 2005, 54(7): 3228-3235. doi: 10.7498/aps.54.3228
    [19] 杨斌, 牛胜利, 朱金辉, 黄流兴. 高空核爆炸碎片云早期扩展规律研究. 物理学报, 2012, 61(20): 202801. doi: 10.7498/aps.61.202801
    [20] 赵永蓬, 徐强, 肖德龙, 丁宁, 谢耀, 李琦, 王骐. Xe介质极紫外光源时间特性及最佳条件研究. 物理学报, 2013, 62(24): 245204. doi: 10.7498/aps.62.245204
  • 引用本文:
    Citation:
计量
  • 文章访问数:  728
  • PDF下载量:  214
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2017-05-27
  • 修回日期:  2017-10-10
  • 刊出日期:  2018-01-05

一种耦合外部电路的脉冲感应推力器磁流体力学数值仿真模型

  • 1. 国防科技大学航天科学与工程学院, 长沙 410073
  • 通信作者: 车碧轩, chebixuan@outlook.com
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:51306203)资助的课题.

摘要: 为了深入研究脉冲感应推力器的工作原理,预测其推进性能,建立了一种耦合外部电路的磁流体力学模型,实现了对加速通道内等离子体二维流场结构演化过程及驱动电路放电过程的同步耦合求解.模拟计算所得美国MK-1推力器加速通道内的等离子体瞬态参数分布及推力器比冲、效率等性能参数均与实验数据一致;计算结果成功复现了推力器的工作物理图景.借助这一新模型,实现了对电路-等离子体双向耦合作用的定量分析,分析结果表明:耦合等离子体导致驱动电路等效电阻增大,电感减小;激励线圈与等离子体之间的互感随等离子体整体远离线圈表面而逐渐减小.

English Abstract

参考文献 (27)

目录

    /

    返回文章
    返回