高速飞行中的等离子体问题.pdf

高 速 飞 行 中 的 等离子 体 问题 一一 , 乍 一落 套 冬‘ , , ‘ , , , , , , , , , , , , ‘ ,, , ”” ””””” ”” ” ”” ” ” ” ” ”连 吴承康等 , , 中国 科 学 院 力学 研 究 所 、 在 远程 弹 道 导弹 和 人 造 地 球 卫 星 航 天 飞 机 或 行 星 探 测 器 等 进 人 大 气 层 时 由于极 高 的 飞 行 速 度 引起 周 围 气 体 的高 度 加 热 , , 、 形 成 部 分 电 离等 离 子 体 对 于飞 行器 的结 构可 靠 性 和 传 热 无 线 , , 、 、 电 通 讯 飞 行 中的物理现 象产 生 很 大 的 影 响 、 、 系 统 为此 发 展 了 电热 推 进 离 子 推 进 等 离 子推 进等 新 的 电 推 进方 法 , 、 高性 能 航天器需要 长 时 间 小 推 力 极高比 冲的 推 进 本文 扼 要 介 绍 三方 面 的 ’ 高 速 飞 行 等 离 子 体 的 高 温 传 热 高 速 飞 行 等 离 子 鞘 对 电 磁 波 的 影 响 和 高 比 冲 电推 进 方 法 题 , , 一 高速 飞 行 等 离 子 体 的 高沮传 热 问 肠 热环境 前 面 的 气 体 受 到 飞 行器 的 剧 烈 压 缩 周 围 的 气体 与 飞 高 速 飞 行器 进 人 大 气 层 时 , 、 行器 壁 面 发 生 强 烈 摩 擦 气温 升 高 到 七 八 千 度 或 甚 至 一 万 多度 形 成 部 分 电 离 等 离 子 体 , 同的 飞 行 器 , 、 对于不 , 、 由 于 物体形 状 和 速 度 高 度 时 间 的 轨 道 各 不相 同 所产 生 等 离 子 体 的 参 数 与 对 飞 行 , 器 加 热 的 环 境 就 会有 很 大 不 同 基 本 上 高 性能 弹 道 导 弹 与 载 人 飞 船 的 热 环 境 属 于 两 种不 同 典 型 , 、 、 洲 际 弹 道 导 弹 为 了 加 速 打 击 提 高 精 度 采 用 氏阻 力 的小 头 细 长形 状 和 大 角 度 再 入 十 秒 内 下 降 到十 几 公 里 高度 , 、 速 度仍在 , 公 里 秒以上 , 在二 三 等 离 子 体 特 点 是高 压 高 温 属于连 续 介 , 对 飞 行 器 加热 以 对 流 加热 为 主 热 流 大 剪 切 力大 时 间 短 质 处 于 或接近 热 平 衡 状 态 , , 有 翼滑 翔 式 航 天 飞 机 由 于 载 人 和 多次 使 用 的需 要 、 、 , , , 采 用 小 角度再 人 在 高 空长 时 间 减 速 因 , 此等 离 子 体特 性 是低 压 高温 非 平 衡 属 于 由 自 由 分 子 流到 连 续 介 质之 间 的 过 渡 区 , 对 飞 行器 加 热 以 对 流 加 热 为 主 热 流 小 剪 切 力小 时 间 长 , , , 弹 道 式 卫 星再 人 介 于 上 述 二 者 之 间 但 更 接近 后者 尤 以 载 人 飞 行 器 更 是 如 此 , , , 由 月球 回 地 的阿 波 罗 飞 船 速 度 较 高 加 热 中 辐 射部 分 不 能 忽略 , , 进 入 行 星 大 气 层 的 探 测 器 由 于 飞 行 速 度极高 产 生 等 离 子 体 的 温 度 也 高 对 飞 行器 加 热 以 辐 , 射为主 , , , 、 对流 也仍重 要 具 体 的 参 数 和 特 点 根据 行 星 大 气成 份 和 参 数 行 星 质 量 和 飞 行轨道 参 数 而定 高 速 飞 行 等 离 子 体 加热 间 题 中有代 表 性 的 参 数 是 飞 行器前 驻 点 的 气 体参 数 度 压 强 和 对 飞 行器 的 加 热 率 , , , 二 驻 点 和 最大 热流 和剪 切力 二 , 始 温 , , 最大 剪 切应 力 一 些 高 速 飞 行器 进 人 大 气 层 时 典 型 的 轨 道 和 驻 点 气 流 参数 见 图 一 气 , 、 、 气 体对 于 表 面 的 加 热 受 壁 面 粗 糙 度 进 入 气 体 附 面 层 的 物 质 流 场 中 固 体 颗 粒 的 存 在 , 到 湍流 的转挨等 影 响 很 大 、 层流 在 辐 射 加 热 时 气 体辐 射 性 质 和 固 体 的 吸 收 和 反 射 特性 都 很 重 要 , 这 些 问 题 现 在 也 都 是 研 究 中 的 课题 由 于气 动 加 热 防热措施 、 、 一 门,一 , , 有 必 要 采 取 防热 措施 、 曾经 提 出和 试 验 过 多种 防 热 方 法 如 金 , 属 热 汇 辐 射 散 热 烧 蚀 防 热 发 汗 冷 却 以 至 利 用 磁 场 使 等 离 子 体 偏 离 物面 等 , 现 在 最 成 熟 的 高 热 流 下 防 热 措施 是 烧 蚀 法 阶段 磁场 方 法 只 做 过一 些 原 理 探 索 , , 主 。 但经过多年实践 , 发汗 冷 却 一 直 处 于 研 究 但 因 实 际上难 以 实 现 并 未 进一 步 做 工作 两 类 不 同 的 热 环 境 要 求 不 同的 防 热 系 统 。 一 低 热 流 下 可 用 烧 蚀 辐 射法 。 , 导 弹 类 以烧蚀 性能 为主 , 航天器 类以 隔热 性 能 为 但 具 体 到 每 个 飞 行器 每 个 部 分 由于加 热 环 境 和 任 务 要 求 的 不 同 采 用 什 么防 热 系 统 都 是 一 , 、 、 , , 本报 告 由林 治楷 王 柏璐 呼 和 敖 德 及 电工 研 究所提 供 材 料 由 吴承 康执 乞 , 门 叭 垦 寸 月 球 回 地, 犷 续 长 只 邵 田 一 洲严 口甲气 日 厂 日 习门 训日叮 洲 际导 弓 鉴 勺 叫 哪 令 祖 扮翔再 入 一 产 一 驻点培 兆焦耳 公斤 几 类 再入 大 气 层 飞 行 器 的 典型 轨 道 图 吞 , 公里 秒 速度 升 力再人 航 天 器 。 。 一公 里 秒 弹道式再 人 航天器 一一 尹 — 几 类 再 人 大 气层 飞 行 器 的 典 型 驻 点 参 数 图 烧 蚀 或 发汗 “ 分 呀 兴 叫 形 十 状 族 阿 波罗 ” 犷‘ 二 今 洲际 阴 噢 嚷 比 陈 匕 尸 卜 阵 畔 住 比 陇 ﹂ 功 仁 各类防 热 加 冷却 傲 肛 汹 八了 , 公里 秒 厂 匕 几 飞 目 匀 、 石“ 六” 上 阶 谈 ︸ ﹃ ︸ ︹ ︸ ﹃ 航天 飞机 “ 升力 轨 道再 入 器 水星 ” 辐射 匕 工 ﹄ , ︸“ ,﹄ 月 臼 再入 时 间 分 图 时司 秒 图弓 几类 再人 大 气 层 飞 行 器 的 再人 时 间 与 最 大 热 流 、 进 入 木 星 大 气 层 的 飞 行 器 驻 点 环 境 参数 、 项 细 致 的 工 作 新 的 材料 工 艺 结 构 不断 地 为适 应 各 种 要 求 而 被 研 究 出来 , 烧 蚀 防 热 的 计 算 和 模拟 试 验 、 理 论 分 析计 算 地面 模 拟 试 验 和 飞 行 试 验 是 研 究 解 决 高 速 飞 、 行气 动 热 问 题 的 三 大 手段 它 们互 相 配合 互 相 补充 经 过 大 量 研 究 工作 高 温气 流 对 壁 面 的 传 热 和 烧 蚀 材 料 的 烧 蚀 过 程 原 则 上 已 经 清楚 计 算 内容 包 括有 化 学 反 应 有 质 量 注 人 的 高 , , 可 以 计算 , 、 、 温 气 流 附面 层 计 算 固 体材 料 内热 传 导 和 化 学 变 化 分解气 体 产 生 和 通 过 固 体 的 流 动 壁 面 材 料 的 , 、 熔化 流动和 蒸 发等过程 况 可 算 出结 果 , 国 外 对 过 程 的 细 节进 行 大 量 研 究 编 制 了 复 杂 的 计 算程 序 对 于 一 般 情 , 但 还 有 复 杂 情 况 如 表面 产 生 沟 槽 花 纹 、 弄 清 的 烧 蚀 机 理 和 物性 数 据 等 使准 确 的 计 算难 以 进 行 , 产 工 艺 结 构 也 需 要 检 验 和 考验 , 固 体 机械 剥 蚀 局 部 复 杂 形 状 新材 料 未 , 较 成 熟 的 计 算 方 法 也 需 要 实 验 验证 对 于 高 速 飞 行 加 热 问 题 完 全 重 复 飞 行 条 件或 造 成 完全 相 似 的 实 验 条件 是 不 可 能 的 近 似 的 或 局 部 的 相似试 验 决问 题 高温 气 流 只能用 把 实验 结果 和 理 论 分 析 结 合 起 来 把 各部 分 的 试 验 结 果 加 以 综 合来解 为 了 研 究 流 体 力学 现 象 以做激 波风洞试验 生 因 此 模拟 试 验 是 高 速 飞 行 加 热 和 防 热 研 究 的 重 要 手 段 , , , , , , 可 以 用 低温 材 料 在 风 洞 中做试 验 为 了研 究高 温 气 流传 热 可 , 但 为 了 试 验实 际 使 用 的高 温 防 热 材 料 与 结 构 必 须 有 长 时 间 以 秒 或 分 计 的 , 其 中 电 弧 加 热 等 离 子 发 生 器 和 燃气 流 试 验 装 置 是 两 类 用 得 最 多 的 , 是 为 了 试 验 大 尺 寸 结 构 和 研 究外形 变 化 其 气 流 温 度离 实 际 还 差 得 比 较远 , 行 气体 温 度 的 连续式试 验 设 备 只 有 电 弧 加 热 器 燃气流 装置 主要 真 正产 生 接 近 实 际 飞 〔 凶 困凶 〕卜 二 冈 日冈 二 强班 场 径 向 电弧 。。 加憾器 磁 一 气稳定 轴 向 电弧 长约 束 电弧 旋涡式 电弧 三 相 交流 馨季篡暑 旋 气 稳定轴向 长抽 型 厚 亮片辅助进 气 长弧 图 各 种 形式 的 电弧 加热 器 年 代 末 开 始 用 电 弧 加 热 气 流 来 研 究高 速 飞 行 加 热 问 题 器 所 示 只 是 一 小 部分 图 利 用 磁 场 和 电 流 作 用 的 洛 伦 茨 力产 但 经 过 二 十 年 来 的发 展 作 为气 动 热 模 拟 试 验装置 的 高 焙设 备 逐 渐 集 中到 大 生 高 速 高 烩气 流 、 还试 验 了 多种 电 磁 加 速 装置 多 年 来试 验 了 各 种 形 式 的 加 热 , , 、 电 磁 加 速 器 由于 其 本身 的复 杂 性 和 试 验 趋 向 用 局 部 试验 和 理 论 分 功 率 直 流 长弧 型 的 加 热 器 析 计 算 的结 合 未 得到 进 一 步 发 展 , 、 小 功 率 的 焙值 不高 的 加 热 器 一 般 采 用 喷 枪 式 但 要 做 到 参 数十 分 稳 定 电极 寿命 长 , 小 适 应 各 种 工作气体 和 各 种运 行参 数 范 围 还 缺 乏 系 列 化 的 成 熟 设 计 在 国 内 尤 是如 此 , , , 污染 , 大功率 加 热 器 由于 不 易 解 决大 电 流 引 起 的 一 系 列 问 题 和 并联 加 热 器 的 复 杂 性 以 及 交 流 加 热 器 在 电弧 稳 , 定 和 参 数 范 围 方面 的 缺 点 现 在 的 趋 向 是 用 高 电 压 达 , 、 加热器 万伏 、 中 等 电 流 万 千 安 的 单 台直 流 、 、 、 六十 年 代 末 加 热 器 型 式 趋 向 高 压 中 焙 大 流 量 的 旋 气 稳 定 长 弧 和 低 压 高 焙 小 流 量 的 叠 片 壁 稳长 弧 , 七十 年 代 发 展 了 这 两 种 方 式 结 合 的 加 热 器 即 用 较 厚 但在 性 能上 也 都 还 有缺 点 , 的 叠 片 保 持 弧长 而 在 片 间 送 人 旋 气 以 防 串 弧 , 各种各样 、 、 根据 不 同热 环 境模 拟 的 要 求 、 如 亚音 速 射 流 超 音 速射 流 包 罩 超 音速 风 洞 等 , 试 验 的 方 式可 采 用 , 最 近 由于研 究木 星 探 测 器 进 人 木 星 大 气 层 的 需 要 将模 型 放 人 长 弧 的 弧 柱 部分 以 利 用 高 温 辐射传 热 做 试 验 , , 电 弧 加 热 器性 能 的 计 算 器 直接 计 算 还不 成 熟 , 在 长 弧 壁 稳 类 型 已 得 到 较 好结果 但 对 于 更 为复 杂 的 其 他 型 式 加 热 , , 利 用 相似准 则 可 以 对 某些 同 型 加 热 器性 能 进行外 推 但 成 功 的 程 度 也 还 , , 有差别 小结 一 般 的 导弹 、 、 飞 船 进 人大气 层 的 气 动 加 热 技 术 问 题 在 国 外 已 经 解 决 但 对 于 高 性 能 , 新材 料 更 细 致 的 机 理 更 可 靠 的 模 拟 试 验方法 和 进 人 行 星 大 气 层 的 问 题 仍 然 是 研 究 的 对 弹头 , 象 研 究 工 作 开 展 的面 不 象 以 前 那 样广 泛 了 但是深 人 提高 的工作仍在 进 行 , , , 二 高 速飞 行 等 离 子 梢 问 肠 问 题 的 性 质和 等 离 子 鞘 参 数 所 谓等 离 子鞘 , 是指高 速 飞 行 中产 生 的 高 温 电 离气 体 尤 其 , 是 其 中 的 自 由 电子 形 成 了 一 个 包在 飞 行 器外 面 的 套 层 它 对 无 线 电通 讯 产 生 了 障 碍 , 飞 行 器 后面形 成一个 可 为 雷 达 波观察 到 的 带 电尾 迹 同时也 在 , 等 离 子 鞘 使 飞 行器 和 外 界 之 间 的 电 磁 波 传 、 、 输严 重 衰 减 或 中断 因 而 使 载 人 飞 船 语 言 通 讯 飞 行 器 参 数 实 时 遥 测 导 弹 末 制 导 和 电 子 对抗 不 能 , 正 常进 行 而 这 又 往 往 在 飞 行 过 程 中最 关 键 的 时 刻 发 生 , 从 带 电尾 迹 对 雷 达 波 的 散 射 可 以 辨 别 , 、 飞 行器 的 某 些 特 性 因 而 对 飞 行器 的 跟 踪 识 别 具 有 重 要 意 义 , 等离 子鞘 传 播 电磁 波的 问 题 为 了 改 善 对 外 通 讯 需 要解 决 通 过 , 为 了 利 用 尾 迹 电 特 性 进 行 突防 或 反 突防 需 要 弄 清 尾 迹 特 性 和 影 响 , 这些特性 的因素 等 离 子 鞘 参 数 主 要 是 电 子 密 度 分布 其 次 是 电 子 碰 撞 频率 和 电子 温 度 , 、 高 度 速 度 和 物体形 状 动 的头 部 区 , 。 大 钝 头飞 行器 如 阿 波 罗载 人 飞 船 小 钝头 细 长体 在 各 种 飞 行 高 度 雷 诺 数 高雷 诺 数 时 电子 主 要 来 自墒 层 的 贡献 有所 不 同 公里 以上 附面 层 和 嫡 层 贡 献 相 当 粘性效应 波 及 整 个 激 波 层 上 图 除 飞 行参 数 以 外 , , 随 着高 度 不 同 少 队 纵 抓— 胜 纯净 空 气 ” 竹 切 功 功 切琦 中等 雷 诺 数 公 里以 低雷诺 数 , 川 二者 , 一 一 一 有烧 蚀 产物 公 州 日 ︵ ︺ 代 化 学反 应也 由 高程 典 型 的 等 离 子 鞘 参 数 分 布情 况 见 平 衡 转 向 非 平 衡 和 冻 结 流动 。 气 体 电离 主 要 产 生 于 强 激 波 无 粘 流 , 尖头 细 长 体 电 子 主 要发 并 经膨 胀 流 入后 身 流 场 生 在 附 面层 内 这 些 主 要 取 决于 飞 行 , 一 由表 面 喷 出 的 物 质 如 烧 蚀产 物或 吸 电 子 物 质对 电 离 能产 生 显 著 影 响 如 含钾 钠 物 质增 加 电子 含氟 物 , , 质 减少 电子 等 离 子鞘 参 数 的 计算 主 要 是 把 各 种 化 学 反 应 包 括 电离 反 , 即 气 体成 份随 流 场 的 变 化 应 放 在 流 场 中一 起 计算 沿物 面 法 向距 离 在 大 雷诺 , , 管 一 维 流 动专 门 研 究化 学 反 应 的 影 响 , 相 当于 一 求解 公 里高 度 、 、 方程 解 流 场 对于 更 小 的 雷 诺 数 需 用 直 接 , , 以 及 化 学反应 常 数 的 影 响等 等 离 子鞘 参 数 在 飞 行 中的 测 量 , 加 对 于 中等 和 小 雷 诺 数 , 、 响 喷 射 物 质对 电子 影 响 , 一 弹 头侧 面 电 子 密 度 分 布 理 论 分 析 工作方 面 还 需 研 究 分 离 流 场 涡 流 对 电 子 密度 影 响 烧 蚀 产 物影 方程 的 方 法 针 电阻 线 探 针 附 面 层 的 计算 也 有 几 种 方 法 用 简化 , 一 图 数 情 况 下 可 以 用 流 管 法 它 基 于 已 知 的 无 粘 流 场 压 力分 布 用 流 微 波 辐 射计 , , 国 外 用 过 波 导 天 线 测 量 静 电探 针 射 频 电 导 率 探 针 电 声探 , 隔 离 狭缝 天线 等 方法 , , 目前 测 量 方 法 仍 在 发 展 阶 段 在传感器原 理 实 验 室校 验 数 据 的 分 析 和 使 弹 载 传 感 器方 便可 靠 造 价 便 宜等 方 面 还应 进 行 很 多 工作 , , , , 、 等 离 子鞘 对 电磁波 的 影 响 象 电 磁 波 在 一非 均 匀 的 有 边 界 的 等 离 子 体 中 的 传 播 是 复 杂 的 现 、 、 为 了 定 性 分 析 飞 行器 上 发 生 的现 象 考虑 电 磁 波 通 过 一 层 均 匀 厚 度 已 知 截 面 无 限 大 的 等 离 , 子 体 一维 传 播 的 情 况 根 据近 似分 析可 知 电 磁 波 频 率 。 与 等 离 子 体 频 率 。 的 关 系 是 关键 的 。 。 。。 。, 二 是 真空 的 介 电 常 数 对 了泰石而 其 中 是 电 子 的 密 度 和 是 电 子 电 荷 和 质 量 , 。 , , 。 , , 于 电子 与 其 他 粒 子 无 碰 撞 的 简 单情 况 可 以 得 出 当 。 》。 , 当 。《 。 , , , 则 电 磁 波能无 衰 减 地 透 过 等 离 子 体 在 等 离 子 内部 传 播 的 波将 衰 减 而 由外 面 射 向 等 离 子 体 的 波将 在 界面上 完 全 反 射 , 于 有 碰 撞 的等 离 子 体 情 况 较 为复 杂 , 但 对 于 较 低 的 碰 撞频 率 , 《 。 , 对 情 况 和 无 碰 撞 的 差别 不 是太大 由等离 子 鞘 对 电 磁 波 的 影 响 可 以 得 出 等 离 子 参 数 , 因 此 电 磁 波 的 衰 减 和 移 相 可 以 用 于等 离 “ 子 参 数 的 测 量 也 叫 做 等离 子 诊断 气 , 解 决 等 离 子鞘 对 通 讯障碍 的 途 径 曾经 试 验 过 各 种 措 施如 提 高 功 率 加 磁 场 等 方 法 但 比 , 较有 希 望 的 方 法 是 提 高 电 磁 波 频 率 和 喷 射 亲 电 子 物 质 以 降 低 局 部 等 离 子鞘 的 电 子 密 度 , 由 。 与 。 的 关 系可 见 对 于 氏 、 的 电 子 密 度 相应 的 等离 子 频 率 为 , 频率采用 高于 若通 讯 , , 即 用 毫 米 波 则 可 克 服 一 般弹道 导 弹 夭 线位 置 等 离 子 鞘 问 题 毫米 波频率 , 高 于一 般 现 用 通 讯 系 统 但 技 术 上 是 完全可 以 实 现 的 , 喷 射 亲 电子 物 质 的 方 法 是使 电 子 与 亲 电子 物 质结合成 负离 子 因 而 降 低 了 自由 电 子 密 度 也 , , 就 降 低 了 等 离 子 体 频率 使 得 通 讯 频 率 高 于 , 最 有效 的 亲 电 子 物 质是 液 体 而减轻 传 输 中电磁波的 衰 减 , 从 夭 线上 游 喷 入 流 场 能 够 有一 定 的 穿 透 深 度 并 由 于 速 度 低 , , 在流 场 中 由于气 动 破 碎 低 空 和 蒸 发 破 碎 高 空 产 生 , 于 流 场 气体 在 流 场 中能 停 留较 长 的 时 间 过 量 的 电 子 使 液 滴表面 的 一 些 分 子 转 , 大 最 细碎 的 液 滴 成 为 电 子 和 离 子 在 其 表 面 复合 的 第 三 体 因 此液 雾 能 有 效地 吸 附 电 子 减 少 局 部 区 , 化 为 负 离 子 负离 子蒸 发潜 热 低于 中性分 子 更 易 蒸发 , 域 的 电 子 密度 , , 此 外 液 体 蒸 发 时吸 热 使 局 部 的温 度降 低 这 也 将 使 电 子 密 度 降低 有利 于 电 磁 波 , , , 的传播 喷 射 的 方 式 和 数 量 是 很 关 键 的 问 题 如 何 用 最 少 的 喷 射物 质达 到 最佳 的 改 进 通 讯 的 效 果 是值 , 得研究的问 题 等 离 子鞘 的 地 面 试 验研 究 离 子体 可 以 利 用 电 弧 加 热 风 洞 或 在 普 通 风 洞 中用 等 离 子 发 生 器 产生 等 , , 弹道 靶 用 于 电 离 尾 迹 的 研 究 是 非 常合 适 的 微 波 测 量 可 以 提 供等 离 子 体 的 一 些 参 数 器 , 在 地 面 实 验 中 电 探 针 是 简单 可 靠 的 探 测 仪 , 但 要 获得 详 细 的 参 数分布 所 需 微 波 设 备是 很 复 杂 , 的 由于 地面 试 验模 拟等 离 子鞘 的 局 限 性 真 正 的 定 量 试 验往往 需 靠 飞 行 试 验来 完成 美国主要 , 的 公 开发 表 的 等 离 子鞘 飞 行 试 验 计划 从 , “ 年到 年分 三 个 系 列 次 除 一次 失 败 以 外 都 取 得 了各 种探 测仪 器 的 等 离 子鞘 数据 , 年 共发 射 , 小结 次 共发 射 , 计 划 分 两阶段 由 , , 年开 始 到 , 可 见 国 外 对 于 等 离 子 鞘 问 题 重 视程 度 等 离 子 鞘 问 题 是 导 弹 和 空 间 技 术 的 关 键 问 题 之 一 在 国 外经过十 多年 的 积 极研 究 从 原 理上 弄 清 了 一 些 问 题 , , 实 际 解 决方 法 可 能 已 有 途 径 但 实 用 方 但 很 多细 节 也 还 需 继 续研 究 , 案 仍属 保 密 三 空 间 电推进 问 肠 国 外 从 五十 年 代 起 进 行 了 大 量 深 人 的 电 推 进研 究 其 中几 种 已 在 空 间 成 功 应 用 先 后 发 展 了 十 多 种 不 同类 型 的 电 推 力器 、 国 际 会 议 不断 召 开 、 , 、 , 、 电 推 力器具 有 高 比 冲 小 推 力 长 寿 命 高 精 度 、 和 可 靠 性 好 等 特 点 将 在 各 种卫 星 空 间 站 空 间 探 测 器 的 姿 态 控 制 位 置保 持 和 轨 道 修 正 以 及 未 , 来 行 星 际 飞 行 的 主 推 进 方面 获得 应 用 , , 电 推 进 的 基 本原 理是利 用 各 种 电和 磁 的效 应 把 推 进 工 质 , 加 速 到 远 远超 过 化 学燃料 燃烧所 能 达 到 的 喷 射 速 度 因 而 得 到 极高 的 比 冲 , 物 质所 能 产 生 的 对 飞 行器 的 冲 量 推 力 与 作 用 时 间 的 乘 积 、 热式 静 电式 和 电磁 式三 大 类 电 热 式 推进 器 每 公 斤喷 射 的 工 作 的 电 推 进 系统 可 分 电 现 在 成 功 研 制— 以 下 分 别 介绍这 三种 电推进器 电 热 推 力器 是 冷 气推 力器 的 一 种 简 单 改 进 它 利 用 电 阻 元件 或 电 弧 放 电 、 、 、 作 为 热 源 增 加 工 质 的 烩 值 从 而 提 高 排 气 速 度 有 稳 态 和 脉冲 两 种 类 型 工 质可 以 是 氢 氮 氨 阱 , , , 早期 研 究 工作 用 电 弧 加 热 工 质 达 到 较 高 比 冲 用 氢 做 工 质 但 未 达 到 真 正 上 天 试 验 等 , 热 式 推 力 器 在 卫 星 中进 行使 用 秒 功率 , 但 使 用 方便 温度 小时 , 年 电 阻 加 热 氨 推 力 器 在 卫 星 上运 行 推 力 瓦 用 于 卫 星 姿 态控 制 , , 使可 靠度 增 加 并 能 提高 比 冲 , 毫 牛顿 比冲 , 可 以 看到 这 类 推 进 器 比 冲 并 不 很 高 当 然 比 冷气 要 高 , 近 几 年来 对于 电热 阱 推 进 器 研 究 较 多 , 电阻 加 , , , 这 种推 力 器 用 电 加 热 使 膝 达 到 化 学 分 解 的 达 到 的 性 能是 推 力 计 划 用 电热 胁推 力器 作 为通 讯 卫 星 的 南 北 位置 保 持 毫 牛 顿 真空 比 冲 , 秒 寿命 , 电热 推 力器 的 主 要 优 点 是 结 构 简 单 , 缺 点 是 温 度受 限 制 排 气 速 度 小 于 护 米 秒 寿 命 也 不够 长 使 用 灵 活 可 脉 冲工 作 , , 静 电 推 力器 , 静 电 推 力器 是 利 用 电 场 来 加 速 离 子 从 而产 生 推 力 的 装 置 其 主 要 部分 是 离 , 子 发 生 器 加 速 电 场 和 加 电子 中和 器 三 部分 离 子 发 生 器 中 帘 栅极 工 质 液 态 的 艳 或水 银 也可 用 惰 性气体 加速 栅 , , , 通 过 供给 系 统 在 燕 发 器 内蒸 发 进 人 放 电 室 在 圆 柱 形 的 放 电 室 中 从 阴 极 发 出的 电子 在 径 向 电 场 和 纵 向磁 场 作 用 下 绕磁 力线 作螺 , , , , 极 其 电位 与 主 阴 极 电 位 相 同 , , 器 提供 电子 使喷 出 的 射 流 为 电 中性 。 北 位 置保 持 的 推 力器 巾 毫牛顿 比冲 器推 力 冲 的 推 力器 在 出 口 处 由中 和 , 图 秒 秒 总功率 毫牛顿 比 冲 寿 命 要 求超 过 可以看出 小时 中和 ” ”丝 戈二井 一 的 同步 卫 星 南 , 巾 瓦 , , , 电 子 轰 击式 静 电 推 力器 原 理 图 的 星 际 飞 行 和 轨道 提 升 用 主 推 力 器 和 巾 推 力器 推 力 , 卜 犷 静 电 推 力器 原 理 见 图 集 中发 展 必 目前 美 国 八 加速 极 装 在 帘 栅 极下 游 不 到 一毫 米 处 电 位 为 负 使 离 子 加速喷 出 , 子 落 , 放 电 室 下 游 有一 帘 栅 旋 运 动 并 与 工 质原 子 相 撞 形 成 离 子 推力 离 子 推 力 器是 真 正 高 比 静 电 推 力 器 经 过 多 年 的 试 验 研 究 包 括 在空 间 的 耐久 性 试 验 但 目 前 仍处 于 样 机试 验 阶 段 对 , , 于 太 阳 系 飞 行 用 的 电 推 进 系统 进 行 了 任 务分 析 此外 , 术 在 工 业上 应 用 可 能 性 的 努 力 、 、 如 提 出 用 离 子 推 力器 在 溅 射 沉 积 离 子 束 加 工 表 面 处 理 等 方 面 、 、 近 年 来 出现 了 探 索离 子 推 力器 原 理 和 技 , 、 、 为 工 业 生 物 学 医 学 材料 学 提 供新 工 艺 新 器 件 新 材料 , 这 是一 个 值 得 注 意 的 新 动 向 点 火塞 , 电 磁 推 力器 阴极 等 离子 体排 气 质 固 体 脉 冲 等 离 子 休 推力 器 原 理 图 体 动 力 电 弧 射流 向 位 置保 持 其 原 理 见 图 毫牛顿 平均比 冲 秒 耗功 , 三 装 置 可 产 生 较 大 推 力 和 较高 比 冲 但 还 处 于 实 验 室 阶段 近 年 来 发 展 较 快 的 是 用 固 体 太 氟 隆 作 工 质的 脉 冲 、 工 质系 统 简 单 适 宜 于 失 重 及 真 空 环 境 用 储 能 电 容 器 瞬 时 强 电流 放 电形 成 高 温 电 弧 烧 蚀 和 离 化 工 瓦 , 与 脉 冲 等 离子 体 推 力器 种 年装 在 同 步卫星上 用 于 东西 此 种 推 力器 已 于 现 在 研 制 中的 样 机 性 能 是 , 有 稳 态 及 交 变等 离 子 , 经 过 电 磁 力 和 热 力加 速 排 出 而 产 生 推 力 , 电 磁 推 力 器 是 利 用 电 磁 力 的 作 用 使等 离 子 体 加速 喷 射 而 产 生 推 力 的 装 置 等 离 子 推 力器 图 这也表 明 一 项 新 技 术 要 具 有 强 的 生 命 力 必 须 寻 求 多 方面 的 应 用 , 固 仁工 质 , 一 单元 冲 量 现 已 证 明 象 这 样 的 样 机 效 率可 达 , , 毫牛顿 秒 , 平均推力 关 进 一 步研 究 加 , 、 此 种 推 力 器 适 用 于高 精 度 长 寿 命 的 各 种 卫 星 姿态 和 轨 道 控 制 速 机 理 可 以 改 善 其效 率 及 性 能 , 、 、 等 离 子 推 进 器 的 技 术 和 其 他 一 些 重 大 科 学 技 术 有 关 如 可 控 热 核 反 应 高 温等 离 子 体 物理 高 , 能 粒 子 加速 器等 方 面 的 研 究成果 对 等 离 子 体 加 速 器 有 关技 术 问 题 有直 接 影 响 而 等 离 子 推 进 的 研 究 也 对 这 些 科 学 技 术 有 参 考意 义 这 种 学 科 间 的 相 互 影 响 在 苏 联 的 等 离 子 研 究 工 作 中 看 得 尤 , 为 清楚 小结 电 推 进 技 术 经 过 二 十 多年 的 发 展 产与 空间 飞 行 试用 的 阶 段 , 、 已 从 原 理性 实 验 实 验室研 究 过 渡 到 工 程 样 机 生 其 中 比 较 先 进 和 成 熟 的 推 力 器 是 离 子 发 动机 及 脉 冲 等 离 子 体 推 进 器 近 期 应 用 是 各 种 同 步 卫 星 的 姿态 和 轨 道 控 制 将 来 可 能 用 于 卫 星 的 轨 道 提 升 和 星 际 飞 行 主 推 进 , 有 关 的 科 学 技 术 研 究 对 于 其 他 科 学 技 术 有 互 相 促进 的 作 用 、 , 如 电推 进 的 研 究 对 于 等 离 子 体 物 理 学 稀 薄 气 体 动 力 学 真 空 放 电 物理 以 及 有 关 测 试技 术 等 方 面 都 有 帮 助 , 、 工艺 新 技 太 的 发 展 。 , 、 也 促 进 了 某 些 新 材料 新 下转第 页 玉 相 变 的 热 处理 时 效 一 以 ℃ 进 行 时效 处 理 时发 现 心 系统 在 。 长 阶 和 内 相应 提 高 至 时效 为 , 小 时的 最 佳 值 、 七 随 着 时 间 的 延 长 四 方 相 的 晶粒 有所 增 , , 其 原 理 和 上述 的尺寸 效 应是 一 致 的 结 语 、 、 陶瓷的 力 学 性能 主 要 取 决 于 材 料 的 组 分 结 构 微 观 缺 陷 和 显 微 织 构等 因 素 强 度 与 脆 性 的 含 义不 尽相 同 但有着 本 质的 内 在 联 系 两 者 都 受 到 材 料 内部 的 微 不 均性 如 弹 性 各 向异 性 热 膨 , 胀 各 向 异性 以 及 相 变 诱 导 的 应 力和 缺 陷 等 因 素 的 影 响 , 、 , , 由 于 陶瓷 的 微观 结 构非 常复 杂 一 种 结 , 构参数 的 变 化 往 往 伴随 着其 他 参 数 的改 变 在 力学 性 能 的 研 究 方 面 目前 虽 已 由宏 观 进 人到 显 微 , , , 织 构 的 层 次 但 还有 待 于 更 全 面 地 弄 清 显 微 织 构 方 面 的 问 题 进 人到 更 深 人 的微观结 构 层 次 以 解 , , , 决 陶瓷 力 学 性能方 面 的 本 质问 题 , 考 参 , 「 文 血 叫 蝴 叫 献 · 乃 一 们 , , , , , 王 , · , , , 外 , · , , , , , , 翻 盯 孙 , 召 , , , , 朋 “ 双 , 饥叮 , 二 , , , “ 才 盯 谈华贵 二 饥 , · , 新型 无 机 材料 , , 二 · , , 肚 二 , , 。。 , 山 , 、 , 山 , 玄 , 血 初 , 咬 , , ’ ‘ 通, , , , 二 万 君 , , , , , 葱亡 二 , , , , , , , “ · 新 型 无 机材 料 日 , , 、 , 二 , , , 儿二 , , 、 , 新 型 无机 材 料 , , , , , , , , 伍三组 , 张 清 纯 严 东生 , , , ￡ , , , , 九 、 、 , 年 年 会文 集 【 〕 谢 瑞 宝 上海市硅 酸盐 学 会 压 , , , 犯之 , , 仑 , , ” , 、 二 , 二 , 王 长 宏 周道 鹏 丫 , · , , , 。, 箩 , , , 玫 歇 , 二 二 , 、 张 消纯 林 素 贞 上 海 市 硅 酸 盐 学 会 论文 报 告 会 论文 汇 编 , , 年 陶 瓷专 业 , , , , 介 ‘ 再君 即 呱 二 , 饥 , 、 ’ , , , , , , , , , 司 ‘卜 , 月 卜 ‘ , ‘卜 上 接第 卜 ‘ 卜 门 ‘ 卜 嘴卜 司卜 ‘卜 ‘ , 目 ‘ 卜 ‘ 卜 张 清纯 ‘卜 , 司卜 ‘ 卜 ‘ 卜 曰 嘴 卜 ‘ 卜 , 明卜 ‘ 卜 ‘卜 ‘卜 ‘ 卜 目 端卜 , , , , 饥 , 机 械 工 程 材料 ‘ 卜 , ‘卜 阅 侧卜 , 招卜 闷 闷 卜 , 川卜 叫卜 峭 卜 口 , 加 ‘卜 ‘ 卜 门 司 留 昭 卜 昭卜 心卜 招卜 月卜 端卜 侧 舀卜 这 些 问 题 在 国 外 已 作 了 大 量 工 作 其 中一 些 问 题 , “ 并 已 得到 解 决 因 而 已 经 不 是 现 在 国 外 基 础 研 究 的 热 门 , 关键 问题 仍 在 保 密 , , 页 空 间 技 术 中等 离 子 体 问 题 牵 涉 面 极 为 广 泛 究 不断 深 人 人 以 即 二 , , ‘ 卜 , 叫卜 ‘ 卜 肚 , , , ” 但 看 来 工 作 并未 停 止 , 尤 其是 对 很 多 结 合 我 国 实 际 需 要 除解 决 实 际 问 题 外 应就 有 关科学 技 术 问 题 本 身 开 展 研 , , , 这 样 必 将 对 提 高 我 国 在 这 一方面 的 科 学 技 术 水 平 和 促 进 与 此 有 关 的 科 学 技 术 发 展 起到 巨 大 的 作 用 。