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特征信号图像测速法在超声速多组分等离子体射流中的应用
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作者 张奇志 张晖 +4 位作者 曹进文 黄河激 孟显 李腾 耿金越 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期2436-2447,共12页
高速稀薄等离子体流场在航空航天领域有重要的应用.等离子体射流不同于常规的气体或液体的流动,其内部的电离状态、丰富的反应活性、多样的特征尺度、热平衡与非平衡共存等特点导致传统测速方法难以应用.特征信号图像测速法(SSIV)通过... 高速稀薄等离子体流场在航空航天领域有重要的应用.等离子体射流不同于常规的气体或液体的流动,其内部的电离状态、丰富的反应活性、多样的特征尺度、热平衡与非平衡共存等特点导致传统测速方法难以应用.特征信号图像测速法(SSIV)通过将羽流光强波动作为示踪信号来测量流体速度,从而拥有更好的流体跟随性和测量精度.利用低气压(约为100 Pa)直流电弧等离子体实验平台,文章基于特征信号图像测速方法,通过跟踪发生器输入功率周期变化引起的光强波动来测量纯氩以及氩-氦多组分两种工况下的羽流轴向平均速度分布.将中心波长为696.5 nm的窄带滤光片安装到光学镜头上,进一步获取两种工况下氩原子(ArI)单一谱线所对应的射流速度.结果分析表明,相同工况(电功率、气体质量流量及背景气压)下,氩-氦多组分等离子体的射流平均速度显著高于纯氩等离子体射流的平均速度.并且在氩-氦多组分等离子体的射流中,基于整体光强波动得到的射流速度要明显高于基于Ar I特征谱线获得的速度,表明SSIV方法不仅能够测量可压缩等离子体射流的平均速度,还具有分辨不同组分速度场的能力.研究结果展示了特征信号图像测速方法在复杂流场测量中的适用性和优势. 展开更多
关键词 特征信号 等离子体射流 轴向速度 直流电弧 氩氦多组分气体
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基于吸气式电推进的超低轨飞行系统分析 被引量:1
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作者 岳宇贤 耿金越 +6 位作者 冯冠华 刘洪伟 孟显 贺建武 曹进文 李文皓 黄河激 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期2835-2843,共9页
超低地球轨道(超低轨,VLEO)飞行器对于高质量通讯、地球与空间科学观测具有重要意义.为了克服超低轨区域的高层大气阻力,使飞行器长期在轨飞行,吸气式电推进(ABEP)飞行器的概念被提出并被广泛研究.文章首先分析了吸气式电推进飞行器在15... 超低地球轨道(超低轨,VLEO)飞行器对于高质量通讯、地球与空间科学观测具有重要意义.为了克服超低轨区域的高层大气阻力,使飞行器长期在轨飞行,吸气式电推进(ABEP)飞行器的概念被提出并被广泛研究.文章首先分析了吸气式电推进飞行器在150 km高度轨道的主要飞行约束,包括归一化的工质平衡和能量平衡,并提出了影响飞行器超低轨维持的主要因素.为了使有效载荷飞行器长期维持在150 km附近超低轨高度并保持一定的载荷有效覆盖率,提出了两种超低轨飞行系统方案,包括基于无线能量传输技术构建的飞行系统和近地点150 km椭圆轨道飞行系统.计算了相应的轨道高度限制并考虑有效载荷地面覆盖率给出了星座构建方案,评估了上述两种方案的可行性与综合效果.两种方案中,有效载荷均可以在150 km附近的轨道高度内长期维持地面覆盖率,可以为超低轨长期稳定的通讯网络构建、对地观测和相关科学实验提供条件. 展开更多
关键词 超低轨 吸气式电推进 无线能量传输 椭圆轨道星座.
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高超声速非平衡流动−辐射特性数值模拟研究
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作者 杜耀文 孙素蓉 +5 位作者 黄河激 孟显 曹进文 耿金越 闫聪 王海兴 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期2807-2817,共11页
飞行器高超声速飞行过程中所承受对流加热和辐射加热可能具有相当的量级,因此合理准确预测气动加热需要将二者进行综合考虑.文章发展了具有非玻尔兹曼电子能级分布和振动能级分布的高温空气碰撞辐射模型,并耦合一维激波后流动方程计算... 飞行器高超声速飞行过程中所承受对流加热和辐射加热可能具有相当的量级,因此合理准确预测气动加热需要将二者进行综合考虑.文章发展了具有非玻尔兹曼电子能级分布和振动能级分布的高温空气碰撞辐射模型,并耦合一维激波后流动方程计算不同飞行条件下激波后的非平衡流动特性,采用逐线辐射输运模型计算获得激波后非平衡辐射特性、辐射强度和辐射输运通量,深入比较分析了不同飞行高度和马赫数对非平衡流动和辐射输运过程的影响.计算结果表明对于高空高马赫飞行条件,其波后流动存在显著的热力学非平衡、化学非平衡和能级非平衡特征,在近激波区域高振动能级和原子高束缚电子激发态明显低于玻尔兹曼分布.在高空高马赫条件下真空紫外辐射占据主导地位,主要是由高能原子束缚−束缚跃迁造成的.随着高度和马赫数的下降,激波层内气体解离和电离程度降低,原子辐射贡献下降,分子辐射贡献增加,导致红外、可见光和紫外波段的辐射输运增强,真空紫外辐射输运过程减弱. 展开更多
关键词 高超声速流动 热化学非平衡 碰撞辐射模型 辐射输运
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红外光谱分析在AlN流延浆料分散性能测试中的应用
4
作者 黄河激 周和平 汪雨荻 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2002年第2期380-384,共5页
采用沉降法测定蓖麻油在AlN流延浆料中的分散效果.结果表明:分散剂添加量为粉体重量的1~1.5%时,对本文所述的AlN粉料而言分散效果最好.应用傅立叶红外光谱分析法,研究蓖麻油在AlN流延浆料中的分散机理.结果表明:... 采用沉降法测定蓖麻油在AlN流延浆料中的分散效果.结果表明:分散剂添加量为粉体重量的1~1.5%时,对本文所述的AlN粉料而言分散效果最好.应用傅立叶红外光谱分析法,研究蓖麻油在AlN流延浆料中的分散机理.结果表明:蓖麻油分子上的羰基与AlN中的氮原子形成n-π共轭结构,能有效地吸附在AlN陶瓷颗粒表面,使蓖麻油长链分子分散在AlN颗粒周围,产生良好的空间位阻分散.获得了均匀的,流动性好的AlN流延浆料. 展开更多
关键词 红外光谱分析 流延浆料 分散性能 测试 氮化铝 分散剂 陶瓷
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多层片式电感器介质材料及其工艺的发展现状 被引量:12
5
作者 罗凌虹 周和平 +1 位作者 黄河激 王少洪 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2001年第6期1032-1040,共9页
综述了近年来国内外多层片式电感器介质材料及其工艺研究的发展现状和方向,介绍了不同的频率段,应选择不同的低烧材料作为器件的介质材料,特别针对有关用于高频MLCIs的低介瓷的研究进行了详细的介绍.同时概括了多层片式电感器... 综述了近年来国内外多层片式电感器介质材料及其工艺研究的发展现状和方向,介绍了不同的频率段,应选择不同的低烧材料作为器件的介质材料,特别针对有关用于高频MLCIs的低介瓷的研究进行了详细的介绍.同时概括了多层片式电感器生产的特殊而典型工艺过程. 展开更多
关键词 多层片式电感 低烧介质材料 多层片式工艺 生产工艺
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氢-氮电弧加热推力器运行参数与性能 被引量:5
6
作者 潘文霞 李腾 +2 位作者 黄河激 林烈 吴承康 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第4期494-497,共4页
采用氢气和氮气的摩尔比r在1.0-2.0范围的混合气体作为推进剂,实时检测电弧加热推力器运行中的弧电流、弧电压、人口压力、真空室压力、质量流量和喷口温度等工作参数,研究了比功率、r和质量流量对推力器产生的推力、比冲和推力效率... 采用氢气和氮气的摩尔比r在1.0-2.0范围的混合气体作为推进剂,实时检测电弧加热推力器运行中的弧电流、弧电压、人口压力、真空室压力、质量流量和喷口温度等工作参数,研究了比功率、r和质量流量对推力器产生的推力、比冲和推力效率的影响。实验结果表明,同时增加混合气体的质量流量和r能有效提高推力器的推力;较高的r能获得高的比冲和效率,尤其是比冲随着r的提高明显地单调上升。 展开更多
关键词 电弧加热推力器 氢氮比 推力 比冲 效率
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多层片式电感及其材料的研究与发展 被引量:4
7
作者 王少洪 周和平 +1 位作者 罗凌虹 黄河激 《机械工程材料》 CAS CSCD 北大核心 2002年第6期1-5,共5页
综述了国内外多层片式电感发展现状和前景 ,介绍了近年来多层片式电感器及其材料的研究现状 ,列举了目前应用于不同频率段的多层片式电感低烧材料 ,并介绍了用于高频多层片式电感器的低介材料 。
关键词 多层片式电感 低烧介质材料 多层片式化工艺 电感器
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减压直流非转移电弧及等离子体射流波动特性研究 被引量:3
8
作者 郭志颖 黄河激 潘文霞 《真空科学与技术学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第4期367-373,共7页
实时测量了减压直流纯氩等离子体的弧电压和射流高温区的瞬时离子饱和电流。结合射流高温区的瞬时形貌,探讨了在真空室压力500~10000Pa条件下电弧及等离子体射流的波动特性。结果表明:当气流量较小和真空室压力较低时,射流流场呈现较... 实时测量了减压直流纯氩等离子体的弧电压和射流高温区的瞬时离子饱和电流。结合射流高温区的瞬时形貌,探讨了在真空室压力500~10000Pa条件下电弧及等离子体射流的波动特性。结果表明:当气流量较小和真空室压力较低时,射流流场呈现较好的稳定性。随着气流量和真空室压力增加,弧电压出现高频脉动,射流能量分布的空间和时间稳定性逐渐变差,离子饱和电流信号变得紊乱;即使由于电源特性引起电弧功率300Hz的波动幅度高达35%,依然能够产生流场较稳定的等离子体射流;静电探针检测等离子体射流的瞬时离子饱和电流可作为了解射流波动特性的一种快速响应方法。 展开更多
关键词 静电探针 等离子体稳定性 弧电压高频脉动 减压
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低功率电弧加热推力器喷管温度与性能 被引量:1
9
作者 潘文霞 黄河激 +1 位作者 孟显 吴承康 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第6期852-856,共5页
电弧加热推力器利用直流电弧放电加热推进剂,并将加热后的推进剂通过拉瓦尔喷管高速喷出产生推力。电弧加热推力器的性能与其喷管内部复杂的传热与流动以及能量转换过程密切相关。分别以纯氩、氮、氢气以及氢/氮混合气为电弧加热推力器... 电弧加热推力器利用直流电弧放电加热推进剂,并将加热后的推进剂通过拉瓦尔喷管高速喷出产生推力。电弧加热推力器的性能与其喷管内部复杂的传热与流动以及能量转换过程密切相关。分别以纯氩、氮、氢气以及氢/氮混合气为电弧加热推力器的推进剂,在推进剂供给流量4~270mg/s,弧电流4~12A,环境压力低于20Pa的条件下,实时检测了自然辐射冷却及推进剂再生冷却喷管的电弧加热推力器在运行过程中的喷管外表面温度、弧电压、产生的推力等参数及其变化,综合分析了喷管温度变化对推力器性能的影响。 展开更多
关键词 电弧加热推力器 喷管温升 电弧特性 性能变化
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减压直流等离子体射流电子温度的双静电探针测量 被引量:1
10
作者 郭志颖 孟显 +1 位作者 黄河激 潘文霞 《宇航计测技术》 CSCD 2009年第4期12-15,共4页
建立了一套双静电探针诊断系统,用于检测在气流量为4.2 slm、弧电流为80 A、真空室压力为165Pa的条件下纯氩直流非转移弧等离子体射流的电子温度及其分布。结果表明:发生器出口处射流中心的电子温度约为14 500 K,射流中电子温度随离开... 建立了一套双静电探针诊断系统,用于检测在气流量为4.2 slm、弧电流为80 A、真空室压力为165Pa的条件下纯氩直流非转移弧等离子体射流的电子温度及其分布。结果表明:发生器出口处射流中心的电子温度约为14 500 K,射流中电子温度随离开发生器出口的轴向或径向距离的增加而单调降低;径向电子温度梯度约为263 K/mm,轴向电子温度梯度为69 K/mm;射流中电子温度随弧电流增加而单调上升。 展开更多
关键词 热等离子体射流 电子温度 双静电探针测量
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小功率氩电弧推力器性能实验研究 被引量:2
11
作者 段锟 潘文霞 +1 位作者 孟显 黄河激 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第11期1580-1584,共5页
为了对适合小卫星使用的电弧加热推进系统的优化设计提供一定的参考,自行设计了输入电功率数瓦至数十瓦的小功率电弧等离子体推力器及其运行性能实验系统,包括一种气动小推力的间接测量系统。对四种不同喷管结构和尺寸的小功率电弧推... 为了对适合小卫星使用的电弧加热推进系统的优化设计提供一定的参考,自行设计了输入电功率数瓦至数十瓦的小功率电弧等离子体推力器及其运行性能实验系统,包括一种气动小推力的间接测量系统。对四种不同喷管结构和尺寸的小功率电弧推力器,实验检测了所产生的推力随着弧电流和推进剂流量的变化。结果显示:在气流量4.5~10.5mg/s,输入功率3~35W的条件下。推力器产生的最大推力约为9.7raN,最大比冲约为110s;减小喉道直径,适当增加扩张比有助于提高小功率Arcjet的性能;当弧电流在10~110mA范围内变化时,弧电压的变化范围约为210~280V,气体的放电形式有别于传统的电弧加热推力器。 展开更多
关键词 小功率电弧推力器 气动小推力 比冲 推力效率
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洛伦兹力对自由燃烧弧和壁稳非转移弧流场的影响 被引量:2
12
作者 彭翊 黄河激 潘文霞 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第1期52-56,共5页
通过耦合迭代求解流体力学方程和电磁场方程,数值模拟了转移式自由燃烧电弧和具有细长中间段及突扩阳极结构的壁稳式非转移直流电弧的流场,分析了洛伦兹力对这两种典型直流电弧流场的影响。结果显示:在自由燃烧电弧情况下,电流自感磁场... 通过耦合迭代求解流体力学方程和电磁场方程,数值模拟了转移式自由燃烧电弧和具有细长中间段及突扩阳极结构的壁稳式非转移直流电弧的流场,分析了洛伦兹力对这两种典型直流电弧流场的影响。结果显示:在自由燃烧电弧情况下,电流自感磁场的洛伦兹力对流场特性有显著影响,自磁压缩是约束电弧的主要机制;而在壁稳式非转移直流电弧情况下,相对于强壁面约束和气动力作用而言,洛伦兹力对流场的影响有限。特别在中间段出口以后,洛伦兹力与气动力的比值小于0.010,因此,当主要考虑壁稳式非转移直流电弧发生器出口参数时,为了提高数值模拟效率,可忽略洛伦兹力的作用。 展开更多
关键词 直流电弧 自由燃烧弧 壁稳非转移弧 流场 洛伦兹力 气动力
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吸气式电推进中的气体捕集系统的设计分析 被引量:1
13
作者 杨超 胡远 +1 位作者 孙泉华 黄河激 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期232-240,共9页
针对吸气式电推进系统中的气体捕集系统,提出了一种能够准确计算气体捕集率的理论模型,并以此为基础开展了气体捕集系统的优化设计。首先,通过分析几类代表性气体捕集系统的捕集特点,提取了影响气体捕集率的关键参数。然后,通过分析进... 针对吸气式电推进系统中的气体捕集系统,提出了一种能够准确计算气体捕集率的理论模型,并以此为基础开展了气体捕集系统的优化设计。首先,通过分析几类代表性气体捕集系统的捕集特点,提取了影响气体捕集率的关键参数。然后,通过分析进气道内气体分子的微观行为,推导得到了气体捕集率的理论公式,获得了无量纲管长、末端净透射率等关键参数对气体捕集率的影响规律。最后,利用理论模型,对实际飞行条件下的气体捕集系统开展了优化设计。结果表明,当末端净透射率给定时气体捕集率随无量纲管长先增后减,且最大捕集率与末端净透射率正相关。通过使用涡轮分子泵提升末端净透射率并对无量纲管长进行优化,实际飞行条件下的气体捕集率可以达到50%以上。 展开更多
关键词 吸气式电推进 气体捕集 自由分子流 涡轮分子泵
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中频对靶反应磁控溅射Al_2O_3、TiO_2、ZrO_2功能薄膜的特性研究
14
作者 贾军伟 潘文霞 黄河激 《新技术新工艺》 2008年第8期101-104,共4页
利用中频对靶磁控溅射技术,分别制备出厚度低于5μm、表面光滑的TiO2、ZrO2、Al2O33种功能薄膜。研究了不同工艺条件下薄膜的成膜速率和表面形貌,用四探针法测量了材料的薄膜电阻,并表征了膜层材料在大气压热等离子射流急速加热条件下... 利用中频对靶磁控溅射技术,分别制备出厚度低于5μm、表面光滑的TiO2、ZrO2、Al2O33种功能薄膜。研究了不同工艺条件下薄膜的成膜速率和表面形貌,用四探针法测量了材料的薄膜电阻,并表征了膜层材料在大气压热等离子射流急速加热条件下的抗热冲击特性。 展开更多
关键词 功能薄膜 磁控溅射 薄膜电阻
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Arc Root Motions in an Argon-Hydrogen Direct-Current Plasma Torch at Reduced Pressure
15
作者 黄河激 潘文霞 吴承康 《Chinese Physics Letters》 SCIE CAS CSCD 2008年第11期4058-4060,共3页
Arc root motions in generating dc argon hydrogen plasma at reduced pressure are optically observed using a high-speed video camera. The time resolved angular position of the are root attachment point is measured and a... Arc root motions in generating dc argon hydrogen plasma at reduced pressure are optically observed using a high-speed video camera. The time resolved angular position of the are root attachment point is measured and analysed. The arc root movement is characterized as a chaotic and jumping motion along the circular direction on the anode surface. 展开更多
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Effect of Nozzle Temperature on the Performance of a 1 kW H_2-N_2 Arcjet Thruster 被引量:1
16
作者 潘文霞 黄河激 吴承康 《Plasma Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2010年第4期473-477,共5页
A 1 kW-class arcjet thruster was fired in a vacuum chamber at a pressure of 18 Pa. A gas mixture of H2 : N2 = 2.8 : 1.5 in volume at a total flow rate of 4.3 slm was used as the propellant with an input power fixed ... A 1 kW-class arcjet thruster was fired in a vacuum chamber at a pressure of 18 Pa. A gas mixture of H2 : N2 = 2.8 : 1.5 in volume at a total flow rate of 4.3 slm was used as the propellant with an input power fixed at 860 W. The time-dependent thrust, nozzle temperature and inlet pressure of the propellant were measured simultaneously. Results showed that with the increase in nozzle temperature the thrust decreased and various losses increased. The physical mechanisms involved in these effects are discussed. 展开更多
关键词 arcjet thruster nozzle temperature energy conversion experimental measurement
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Numerical simulation of the effects of protrusion on DC arc anode attachment 被引量:1
17
作者 Chong Niu Xian Meng +3 位作者 Heji Huang Tao Zhu Surong Sun Haixing Wang 《Plasma Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第10期49-59,共11页
The attachment of the DC arc on the anode is usually affected by surface morphology such as protrusions due to ablation or melting deformation.A three-dimensional thermodynamic and chemical non-equilibrium model is us... The attachment of the DC arc on the anode is usually affected by surface morphology such as protrusions due to ablation or melting deformation.A three-dimensional thermodynamic and chemical non-equilibrium model is used to numerically simulate the effect of artificially assumed surface protrusions on the arc anode attachment.The numerical simulation results show that the arc deflects toward the protrusions on the anode and attaches to them in a constricted mode,resulting in an increase in the temperature of the arc attachment region.The analysis shows that the presence of protrusion on the anode surface changes the electric field distribution,intensifies the degree of thermodynamic and chemical non-equilibrium in its vicinity,further influences the chemical kinetic process of the plasma around it,which is the main reason for the deflection of the arc toward the protrusions and the arc anode attachment in a constricted mode.In order to verify the numerical simulation results,verification experiments are also performed using similar size scale anode protrusion,and the results showed that the presence of protrusion can indeed cause the deflection of the arc and even cause the ablation of the protrusion. 展开更多
关键词 DC arc arc anode attachment anode protrusion chemical non-equilibrium
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Fluctuation-Coupling of Cathode Cavity Pressure and Arc Voltage in a dc Plasma Torch with a Long Inter-Electrode Channel at Reduced Pressure
18
作者 曹进文 黄河激 潘文霞 《Chinese Physics Letters》 SCIE CAS CSCD 2014年第11期107-110,共4页
Fluctuations of cathode cavity pressure and arc voltage are observed experimentally in adc plasma torch with a long inter-electrode channel. The results show that they have the same frequency of around 4kHz under typi... Fluctuations of cathode cavity pressure and arc voltage are observed experimentally in adc plasma torch with a long inter-electrode channel. The results show that they have the same frequency of around 4kHz under typical experimental conditions. The observed phase difference between the pressure and the voltage, which is influenced by the path length between the pressure sensor and the cathode cavity, varies with different input powers. Combined with numerical simulation, the position of the pressure perturbation origin is estimated, and the results show that it is located at 0.01-0.05m upstream of the inter-electrode channel outlet. 展开更多
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推进剂组分对电弧加热推力器性能的影响
19
作者 黄河激 潘文霞 +1 位作者 孟显 吴承康 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第5期896-898,共3页
实验研究了以纯氮、纯氢、氨气以及不同体积比氮氢混合气、氨氢混合气作为推进剂时,千瓦级电弧加热推力器的性能。结合理论分析,获得了推进剂组分对推力器性能的影响规律。结果表明,推进剂有效分子量和比热比对推力器冷态性能影响显著... 实验研究了以纯氮、纯氢、氨气以及不同体积比氮氢混合气、氨氢混合气作为推进剂时,千瓦级电弧加热推力器的性能。结合理论分析,获得了推进剂组分对推力器性能的影响规律。结果表明,推进剂有效分子量和比热比对推力器冷态性能影响显著。热态下,推进剂组分的热力学性质以及输运性质是影响推力器比冲和效率的关键因素。 展开更多
关键词 电弧加热推力器 推进剂组分 比冲 比功率 效率
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低功率电弧加热发动机喷管扩张段内壁面温度测量
20
作者 黄河激 潘文霞 吴承康 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第7期1185-1187,共3页
采用滤光成像,摒弃电弧及羽流干扰,实验获得了采用纯氮、纯氢以及氢-氮混合气为推进剂时,低功率电弧加热发动机喷管内壁面的热辐射强度分布。通过辐射强度-温度标定以及图像分析,导出了相应的温度分布。实验结果表明,喷管扩张段内壁面... 采用滤光成像,摒弃电弧及羽流干扰,实验获得了采用纯氮、纯氢以及氢-氮混合气为推进剂时,低功率电弧加热发动机喷管内壁面的热辐射强度分布。通过辐射强度-温度标定以及图像分析,导出了相应的温度分布。实验结果表明,喷管扩张段内壁面温度最高处位于喉道出口附近。采用不同推进剂时,喷管内壁面温度分布情况有显著区别。 展开更多
关键词 电弧加热发动机 热辐射 喷管内壁 温度测量
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