多级会切磁场推力器的羽流结构及模式转变机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51806011
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0602.内流流体力学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Multi-cusped field thruster is a new type of plasma propulsion device. The plasma confinement in multi-cusped field could significantly decrease the erosion degree of discharge channel, and the thruster features its long-life time. Through a 20 years’ rapid development, this kind of thruster has reached its space application stage. At present, the divergent plume is not well optimized and becomes a common problem, which severely restricts the performance improvement of the thruster. In view of this problem, a study on the plume structure and mode transition mechanisms in this project is proposed. A new research method in which the plume should be divided into several angle regions by the space non-continuity characteristics of ion energy distribution functions is first put forward. The changing characteristics of ion energy distribution functions in different angle regions with the change of ionization degree in each stage will be studied to discover the relationship between plume regions and each ionization regions. Then the plume structures in different operating modes would be confirmed. On the other hand, mode transitions induced by the change of different characteristic parameters will be invested. Then, the common characteristics among different mode transitions could be obtained. On this basis, the ion groups in plume region will be separated and extracted by the characteristics of each ionization region. The competitive relationships among multi-ionization regions in different mode transitions will be analyzed by quantitative experiments and numerical simulations, and the mode transition mechanisms would be studied.
多级会切磁场推力器是一种新型的等离子体电推进装置。该推力器利用会切磁场对等离子的约束能够大幅降低壁面的离子侵蚀,使其表现出显著的长寿命性能优势。经过二十年的快速发展,该推力器发展到了空间应用阶段。羽流发散的现象已成为目前限制该类推力器性能提升的普遍问题。对此,本项目提出了多级会切磁场推力器羽流结构及模式转变机理的研究工作。首次提出了利用离子能量分布函数的非连续性对羽流进行分区的研究方法,并将通过羽流区离子电流随电离级强度变化规律的实验研究建立羽流分区与各电离区之间的对应关系,进而探究不同模式下推力器的羽流结构。另一方面,还将对多个特征参数变化所引起的多种模式转变过程进行研究,从中探索模式转变过程的共性变化规律。在此基础上,根据各电离区特征对羽流区离子群体进行提取,通过定量实验研究和数值模拟相结合的方法探讨推力器多电离区的竞争关系,研究羽流模式的转变机理。

结项摘要

本项目围绕多级会切磁场推力器的羽流结构、模式转变过程、模式转变机理、高性能推力器设计开展了较为全面的理论与实验研究工作。首先,利用离子能量非连续性对羽流进行分区,研究推力器在不同放电模式下的羽流结构,建立起羽流分区与电离区的对应关系,进而实现推力器电离级的优化; 其次,研究多特征参数变化所引起的模式转变过程,获得羽流模式转变过程的一般性规律,提出了利用图像差分技术获取电子传导路径影像的实验方法,证实了两类电子传导路径的客观必然性。设计阴极耦合实验,利用双探针联合测试方法论证电子传导路径对羽流模式转变过程的影响规律,明确推力器羽流模式转变的诱导机制。再次,提出离子电流分区与特征提取方法,研究多电离区竞争对羽流模式转变特性的影响规律,证实推力器电离竞争机制是驱动羽流模式转变的重要原因。研究推力器模式转变过程中电离区和加速区之间的弱耦合规律,证实推力器电离加速的弱耦合机制是拓展羽流模式调节范围的根本原因。探究电子多路径传导、多电离区竞争、电离加速弱耦合之间的关系,得出推力器羽流模式的转变机理。最后,开展推力器工程化应用研究。提出基于电子传导的高效电离加速匹配方法,突破羽流聚焦关键技术,研制国内首台5kW高比冲多级会切磁场推力器,额定推力达到180 mN,最高比冲达到3200s,性能指标与国际先进水平相当。以超低轨卫星的应用为背景,将模式宽范围调节方法应用于吸气式电推进,研制1kW吸气式电推力器,实现5.8 mN ~ 24.2 mN推力连续调节,可满足超低轨卫星大气阻力补偿需求。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(1)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(3)
专利数量(2)
多级会切磁场等离子体推力器研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    推进技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    胡鹏;吴朋安;毛威;扈延林;耿金越;周磊;沈岩
  • 通讯作者:
    沈岩
Study on the large-range thrust throttling ability in a multi-cusped field thruster
多尖头场推进器大范围推力节流能力研究
  • DOI:
    10.1016/j.vacuum.2019.108807
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Vacuum
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Hu Peng;Hu Yanlin;Mao Wei;Shen Yan
  • 通讯作者:
    Shen Yan
Experimental study on two kinds of electron conduction routes in a multi-cusped field thruster
多尖点场推进器两种电子传导路径的实验研究
  • DOI:
    10.1088/2516-1067/ab172f
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Plasma Research Express
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Peng Hu;Wei Mao;Yanlin Hu;Pengan Wu;Yan Shen
  • 通讯作者:
    Yan Shen
Influence of near-anode cusped magnetic field on the performance of a miniaturized cylindrical Hall thruster
近阳极会聚磁场对小型圆柱霍尔推进器性能的影响
  • DOI:
    10.1088/1361-6595/abb2e9
  • 发表时间:
    2020-10
  • 期刊:
    Plasma Sources Science and Technology
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Yuanyuan Gao;Weina Fan;Peng Hu;Hui Liu;Daren Yu
  • 通讯作者:
    Daren Yu
Magnet stage optimization of 5 kW multi-cusped field thruster
5 kW多尖角磁场推进器磁体级优化
  • DOI:
    10.1088/2058-6272/aba680
  • 发表时间:
    2020-09
  • 期刊:
    Plasma Science and Technology
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Peng HU;Daren YU;Yan SHEN
  • 通讯作者:
    Yan SHEN

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其他文献

Ce-Mn/TiO_2吸附剂的脱汞性能及抗SO_2特性
  • DOI:
    10.19674/j.cnki.issn1000-6923.2019.0278
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    中国环境科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吴响;段钰锋;姚婷;李娜;胡鹏;韦红旗;任少君
  • 通讯作者:
    任少君
Synthesis of uniform octahedral tungsten trioxide by RF induction thermal plasma and its application in gas sensing
射频感应热等离子体合成均匀八面体三氧化钨及其在气体传感中的应用
  • DOI:
    10.1039/c2ce26514a
  • 发表时间:
    2013-01
  • 期刊:
    CrystEngComm
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    胡鹏
  • 通讯作者:
    胡鹏
点状实体k阶Voronoi多边形的存在
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    武汉大学学报.V32.9.833-837,2007.9
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    韩元利;胡鹏;夏兰芳;张立华
  • 通讯作者:
    张立华
Efficacy and resistance in de novo combination lamivudine and adenbsp; fovir dipivoxil therapy versus entecavir monotherapy for the treatment-naive patients with chronic hepatitis B: a meta-analysis.
拉米夫定和 ade 从头组合的疗效和耐药性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Virol J.
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    胡鹏
  • 通讯作者:
    胡鹏
表皮生长因子受体在臭氧致小鼠肺部炎症中的作用
  • DOI:
    10.13705/j.issn.1671-6825.2016.04.004
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    郑州大学学报(医学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    晋乐飞;吴卫东;段丽菊;段书音;胡鹏;冯斐斐
  • 通讯作者:
    冯斐斐

其他文献

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胡鹏的其他基金

多级会切磁场中的螺旋波电离增强与高比冲加速机制研究
  • 批准号:
    52372373
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    49.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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