航天繼電器分?jǐn)嚯娀〖捌湟种拼胧┑姆抡婧蛯?shí)驗(yàn)研究.pdf

1、航天電磁繼電器是可靠性及壽命要求較高的一類(lèi)密封繼電器,其壽命主要取決于分?jǐn)噙^(guò)程的燃弧特性及電弧對(duì)觸頭的燒蝕特性。本文建立航天熱力學(xué)環(huán)境下銀觸頭在N2、H2和He氣體中分?jǐn)嚯娀〉娜S磁流體動(dòng)力學(xué)模型,研究不同分?jǐn)嘁蛩貙?duì)電弧溫度、電壓、燃弧時(shí)間等參數(shù)的影響,研究觸頭燒蝕量與燃弧因素之間的關(guān)系,比較各種適用于航天繼電器的電弧抑制措施對(duì)觸頭燒蝕量的減小程度。
　　燃弧氣體和觸頭蒸汽混合等離子體的熱力學(xué)特性和輸運(yùn)系數(shù)是研究電弧特性和觸頭燒蝕

2、特性的前提和基礎(chǔ)。針對(duì)銀蒸汽帶來(lái)的組份之間碰撞現(xiàn)象,提出了碰撞積分的計(jì)算方法。銀原子與中性氣體組份的碰撞采用Lennard-Jones勢(shì)描述,碰撞參數(shù)采用組合法獲得;銀原子與氣體離子組份之間、銀離子與氣體中性組份之間的碰撞采用極化勢(shì)描述。采用Gibbs自由能最小化原理和Chapman-Enskog估計(jì)法給出了200K～20000K溫度范圍內(nèi)任意比例銀蒸汽與N2、H2和He氣體的混合物平衡組份、熱力學(xué)特性和輸運(yùn)系數(shù),解決因電弧等離子體熱力

3、學(xué)特性和輸運(yùn)系數(shù)未知而無(wú)法進(jìn)行航天繼電器電弧理論分析與建模仿真的問(wèn)題。
　　建立了航天熱力學(xué)條件下銀觸頭在N2中分?jǐn)嚯娀〉娜S磁流體動(dòng)力學(xué)模型。該模型考慮了銀觸頭材料汽化燒蝕、銀蒸汽濃度和弧根區(qū)域鞘層的等效。提出了熱力學(xué)環(huán)境在航天繼電器電弧模型中的描述方法,其中力學(xué)環(huán)境等效為動(dòng)量方程的體積力,熱學(xué)環(huán)境通過(guò)溫度邊界條件、壓力邊界條件及電弧熱力學(xué)特性和輸運(yùn)系數(shù)實(shí)現(xiàn)。結(jié)合動(dòng)態(tài)層鋪法實(shí)現(xiàn)了分?jǐn)噙^(guò)程溫度場(chǎng)、電場(chǎng)、磁場(chǎng)以及銀蒸汽濃度的耦合求解

4、,研究了不同分?jǐn)鄺l件下電弧電壓、燃弧時(shí)間、觸頭燒蝕量等參數(shù),給出了熱力學(xué)環(huán)境對(duì)電弧特性和觸頭燒蝕特性的影響規(guī)律。
　　采用航天繼電器分?jǐn)嚯娀∪S磁流體動(dòng)力學(xué)模型,研究了H2和He作為燃弧氣體、增大氣體壓強(qiáng)、永磁體磁場(chǎng)吹弧等適用于航天繼電器的電弧抑制措施對(duì)電弧特性和觸頭燒蝕特性的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明,H2可作為航天繼電器的理想燃弧氣體;增大壓強(qiáng)有利于提高電弧電壓,減少蒸發(fā)燒蝕量,從而提高電壽命;永磁磁場(chǎng)吹弧可縮短燃弧時(shí)間、減少觸頭

5、蒸發(fā)燒蝕量。采用H2熄弧、提高氣體壓強(qiáng)及磁場(chǎng)吹弧等措施均能有效地加快電弧熄滅,減輕電弧對(duì)觸頭的燒蝕程度。采用高氣壓H2作為燃弧氣體,并配合小體積永磁體吹弧,可有效提高滅弧性能和觸頭分?jǐn)鄩勖?br>　　最后,本文設(shè)計(jì)了碰撞式觸頭恒速分?jǐn)嚯娀≡囼?yàn)系統(tǒng),利用高速攝像機(jī)拍攝了分?jǐn)噙^(guò)程電弧和銀原子濃度分布圖像,提出了弧根運(yùn)動(dòng)特性自動(dòng)提取的圖像處理算法,研究了電弧的形態(tài)及其在磁場(chǎng)作用下的運(yùn)動(dòng)特性。實(shí)驗(yàn)研究了不同電流、分?jǐn)嗨俣?、外加磁?chǎng)等因素對(duì)電弧