改进型机-电模型及脉冲等离子体推力器能量转化效率分析.pdfVIP

物理学报ActaPhys.Sin.Vol.73,No.21(2024)215202

改进型机-电模型及脉冲等离子体推力器

能量转化效率分析*

1)2)1)†1)1)

杨楠楠王尚民张家良温小琼赵凯

1)(大连理工大学,三束材料改性教育部重点实验室,大连116024)

2)(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)

(2024年8月10日收到;2024年9月25日收到修改稿)

最初机-电模型是针对电磁轨道炮的电磁加速过程提出的,脉冲等离子体推力器(pulsedplasmathruster,

PPT)的工作原理也是通过电磁加速产生元冲量,因此机-电模型是PPT能量转化及元冲量产生机制的主要

理论分析工具之一.但是作为PPT放电回路一部分的等离子体通道,其几何形态与目前机-电模型的电流片

模型存在明显差异.PPT放电通道在离开推进剂表面向外喷出过程中多呈现弯曲形状,并不断变化,而非平

直片状.结合PPT放电通道的实际形态,本文提出了PPT放电通道的二维形态电流片模型,建立基于二维

电流片的改进型机-电模型.通过分析放电通道受力情况以及电磁加速过程,推导了PPT羽流的电磁加速动

能与放电回路电感量随时间演变函数的关系.针对机-电模型电路方程,提出了分段拟合PPT放电波形获得

回路电感量随时间演变函数的算法.形成了基于PPT放电波形分析得到羽流电磁加速动能的计算方案.将

改进型机-电模型应用于PPT样机能量转化效率评价,通过分析PPT放电能量转化过程阐释了PPT机-电转

化效率低的原因,提出了提高PPT机-电效率的一种探索思路.

关键词：脉冲等离子体推力器,改进型机-电模型,机-电效率,羽流动能

PACS：52.75.Di,52.80.Vp,02.60.Cb,45.20.dgDOI:10.7498/aps.73

CSTR：32037.14.aps.73

[9,10][11]

人员从放电电极结构、工质馈入方式、工质

1引言成分[12,13]等方面开展工艺优化研究,实现了PPT

能量效率的一定程度提升.也有研究通过PPT的

脉冲等离子体推力器(pulsedplasmathruster,能量转化过程和机制,以期在认清PPT能量转化

PPT)是一种利用脉冲弧放电使推进剂电离而产