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题目：
雅宝题库答案：
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雅宝题库解析：
随着航天技术的发展和人类对宇宙探索范围的拓展，各种航天器对空间推进系统的要求日益提高，性能优越的电推进发动机成为当前和未来各种空间任务推进系统的良好选择。电弧加热发动机具有比冲较高、运行电压低、推力密度大、羽流扩张角小、推力/功率比高、结构简单、控制方便、可靠性高、系统兼容性好等特点，可作为航天器姿轨控系统、主推进系统的动力装置，在卫星工程及其它航天任务中具有广阔的应用前景。本文建立了一套电弧加热发动机高空模拟实验系统，包括高空模拟真空系统、推进剂供给系统、电源调理单元、微推力全弹性测量装置、数据采集控制系统以及其它配套设施，其中采用全弹性方法设计的液体微小流量测量装置和微推力测量装置解决了电弧加热发动机研究中液体推进剂微小流量和mN级微小推力准确测量的关键技术，重点阐述了微小流量测量、微小推力测量和有毒推进剂肼供给的原理与方法，并详细介绍了实验系统的各项功能和技术指标。在所建成的实验系统上，完成了电弧加热发动机高空模拟性能实验和寿命实验。在性能实验中，以氮气和氮氨混合模拟肼为推进剂，并分别采用高频脉冲和高压脉冲引弧电路对发动机起弧，进行发动机的启动特性研究实验，研究发现推进剂种类、电极温度、起弧电流、电弧室建压过程和电源引弧电路性能均对发动机的启动特性有影响；采用氩气、氮气、氮氨混合模拟肼和不同混合比氮氨混合气体作为推进剂，进行发动机高空模拟性能实验，实验中测量发动机的电流、电压、推进剂流量、推力、推进剂入口压力、发动机表面温度、真空系统真空度等参数，研究发现推进剂种类对发动机运行状态和性能具有显著的影响，采用分子量较小的气体作为推进剂时，发动机的输入功率、比冲和效率高于采用分子量相对较大的气体为推进剂时的性能；开展了采用无水肼为推进剂的发动机性能实验，测量了推进剂流量、电流、推力和比冲，实验证明所研制的电源调理单元可以实现发动机采用无水肼为推进剂的引弧功能，研究发现采用无水肼为推进剂时的发动机推力和比冲优于采用氮氨混合模拟肼为推进剂时的性能；分别采用氮气和氮氨混合模拟肼为推进剂，完成了电弧加热发动机245小时的寿命实验，实验中测量了发动机的电流、电压、推力、推进剂入口压力等参数，寿命实验后对发动机进行分解，检查发现阴极和阳极均存在明显的烧蚀现象，研究发现不同推进剂类型会影响发动机电极烧蚀的程度，寿命实验中阴极烧蚀会导致发动机弧电压增加，阳极的烧蚀导致发动机的推力和比冲等性能有所下降。本文采用局域热力学平衡方法，对以肼为推进剂的电弧加热发动机进行数值模拟，模型中考虑了粘性耗散、焦耳加热、Lorentz力、电子焓输运、辐射损失等现象，以反映发动机内等离子体流动与传热过程中主要的物理现象。首先对电弧加热发动机进行了二维数值模拟，获得了不同工况下（流量、电流）发动机内部温度、压强、密度、速度、流线等分布，分析了发动机内等离子体的流动与传热特性和发动机能量输入的机理，并将数值模拟预估的推力和比冲与相同实验工况下的性能进行比较。本文在相同工况下（流量、电流）对采用轴向进气和旋向进气两种结构的发动机进行了三维数值模拟，计算过程中将推进剂进气通道纳入计算域，避免了人为给定入口速度矢量分布对数值模拟结果的影响，获得了发动机内部温度、轴向速度、切向速度等分布，研究结果表明采用轴向进气和旋向进气发动机中均存在气体旋流现象，但采用旋向进气的发动机内部气体旋流强度高于采用轴向进气的发动机。本文采用实验研究、理论分析和数值模拟相结合的研究方法，对电弧加热发动机进行了系统而深入的研究，为电弧加热发动机进一步研究和工程应用提供基础。 |
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发表于 2022-8-27 13:58:34
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