航天繼電器穩(wěn)態(tài)電弧等離子體電離過程與電弧特性研究.pdf

1、隨著宇航技術(shù)的飛速發(fā)展，我國(guó)的載人航天技術(shù)日臻成熟，深空探索成為重要的發(fā)展發(fā)向。航天繼電器是深空探測(cè)的各類飛行器上使用最多的零部件，其壽命和工作可靠性對(duì)整個(gè)飛行器的工作壽命和可靠運(yùn)行有重要影響。繼電器觸頭在分?jǐn)嗷蚪油娐窌r(shí)都有可能在觸頭間發(fā)生電弧，它會(huì)使觸頭工作條件劣化，極大地影響著航天繼電器的工作壽命與可靠性。因此，進(jìn)行航天繼電器電弧特性的研究，對(duì)于提高繼電器工作壽命、增強(qiáng)繼電器工作的可靠性具有重要意義。 電弧現(xiàn)象是一個(gè)由來已

2、久的問題，這方面國(guó)內(nèi)外研究者做了大量的工作，但大多數(shù)研究是從宏觀角度開展的，從微觀角度來研究卻少有人涉及。電弧等離子體的微觀模型對(duì)于人們深入了解其內(nèi)部物理過程有很大幫助，對(duì)研究電弧等離子體的宏觀過程也有輔助的作用，但長(zhǎng)期以來此方面的研究比較零散。本文針對(duì)航天繼電器的觸頭燃弧現(xiàn)象，從理論建模和實(shí)驗(yàn)兩方面進(jìn)行了研究。首先集中總結(jié)了幾種主要的等離子體微觀模型，介紹了其理論構(gòu)架，闡述了在等離子體處于完全熱平衡態(tài)和局域熱平衡態(tài)時(shí)模型的變化，對(duì)各模

3、型進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析比較，并推薦了Eindhoven 模型作為工程計(jì)算中較適用的等離子體微觀模型。 其次根據(jù)道爾頓分壓定律、質(zhì)量作用定律、電荷準(zhǔn)中性條件和化學(xué)計(jì)量平衡條件建立了航天繼電器電弧微觀模型，得到關(guān)于各類粒子數(shù)密度的非線性方程組，結(jié)合具體電弧溫度值進(jìn)行了求解，并對(duì)幾種特定氣氛下兩種電弧狀態(tài)——完全熱平衡態(tài)和局域熱平衡態(tài)的電弧輸運(yùn)參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算和比較：①高純氮?dú)?；②高純氮?dú)庵谢烊肷倭裤~蒸氣；③高純氮?dú)庵谢烊肷倭垦鯕?；④高純?/p>

4、氣中混入少量水蒸氣，發(fā)現(xiàn)了雜質(zhì)氣體對(duì)電弧的一些影響規(guī)律，為今后計(jì)算電弧等離子體其他輸運(yùn)參數(shù)奠定了基礎(chǔ)。 為了檢驗(yàn)前述電弧微觀模型，本文進(jìn)行了電弧光譜實(shí)驗(yàn)，分析了航天繼電器電弧等離子體在前述幾種特定氣氛下所發(fā)出的光譜。該實(shí)驗(yàn)與理論研究互為補(bǔ)充，從實(shí)踐上證實(shí)了微觀模型里研究的各類粒子的存在，同時(shí)也反映出理論模型未計(jì)入考慮的其他一些雜質(zhì)離子的存在，根據(jù)其實(shí)驗(yàn)結(jié)果可對(duì)理論模型進(jìn)行修正。 為研究電弧燃燒的宏觀特性，本文設(shè)計(jì)并進(jìn)行了