CN111076937B - 一种含能工质脉冲等离子体推力器烧蚀质量测试系统及测试方法 - Google Patents

一种含能工质脉冲等离子体推力器烧蚀质量测试系统及测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种脉冲等离子体推力器烧蚀质量测试系统，包括工质贮存装置(1)与测试装置，所述测试装置包括设置在真空仓(4)内的样机(6)，所述工质贮存装置(1)包括设置在密闭的箱体内的湿度控制器(3)，且所述箱体上设置有用于观测所述湿度控制器(3)的观察窗。本发明还涉及一种应用所述的脉冲等离子体推力器烧蚀质量测试系统进行的脉冲等离子体推力器烧蚀质量测试方法。本发明在试验前对含能工质脉冲等离子体推力器的待测工质严格控制其在测试时内部所含的水分，在试验后对含能工质脉冲等离子体推力器的待测工质进行静置处理，使工质所处环境恢复至与试验前所处环境相同的状态，从而提升其在试验前后称量的准确程度。

Description

一种含能工质脉冲等离子体推力器烧蚀质量测试系统及测试 方法
技术领域
本发明属于航空航天领域，具体涉及一种用于含能工质脉冲等离子体推力器烧蚀质量测试系统及测试方法。
背景技术
随着微小卫星技术在诸多民用航天领域的发展，人们对其推进系统提出了轻质量、低功耗及精确可控等严苛的要求。脉冲等离子体推力器具有较高的技术成熟度且可满足微小卫星对推进系统的要求。但是一直以来脉冲等离子体推力器为人们所诟病的就是其效率较低，所以高比冲脉冲等离子体推力器的研制对于提高微小卫星的寿命和有效载荷具有非常重要的意义。
在高比冲脉冲等离子体推力器的研制中，推进剂的选择起到了尤为重要的作用。含能工质由于其较高的效率，可以有效弥补脉冲等离子体推力器效率低下的缺陷。
烧蚀质量是脉冲等离子体推力器烧蚀特性的关键参数之一，可以为提升脉冲等离子体推力器的性能提供支持，但含能工质脉冲等离子体推力器贮存环境的湿度对其试验测试结果有显著的影响。工质贮存环境湿度较大会影响工质的状态，使其内部储存的水在试验中的真空状态下汽化，导致工质试验前后状态不一致，进而使烧蚀质量等测量结果产生不可忽略的误差。并且，由于工质内部存在微小孔隙，当将待测工质放入真空仓后，即使不进行点火，工质质量也会由于环境真空度的变化而改变，导致工质前后称量时状态不一致，带来误差。
因此，在对使用含能工质的脉冲等离子体推力器进行试验前后，分别需要对待测工质进行除湿处理和静置处理，以保证其试验结果的准确性。
发明内容
本发明针对现有的脉冲等离子体推力器，提供一种使用含能工质的脉冲等离子体推力器烧蚀质量准确测量的系统及方法，保证其烧蚀质量测量的准确性。
本发明的创新之处在于：在试验前对含能工质脉冲等离子体推力器的待测工质进行除湿处理，严格控制其在测试时内部所含的水分，从而提升其在真空环境下的试验结果精度；在试验后对含能工质脉冲等离子体推力器的待测工质进行静置处理，使工质所处环境恢复至与试验前所处环境相同的状态，从而提升其在试验前后称量的准确程度。
本发明的创新之处是通过以下技术方案来体现的：
一种含能工质脉冲等离子体推力器烧蚀质量测试方法，关键在于试验前对待测工质进行除湿处理，在试验后对其进行静置处理。除湿处理使用的工质贮存装置为一个配有湿度控制器的箱体，湿度控制器用于监测并控制工质贮存环境湿度。
测试系统用于脉冲等离子体推力器的性能参数测试，由真空系统、电源系统、点火控制系统、电子天平等组成。其中真空系统用于提供试验所需的真空环境，电源系统和点火控制系统用于供电和脉冲等离子体推力器的供电和控制触发。
为了实现含能工质实现脉冲等离子体推力器烧蚀质量的准确测量，每次试验前，需要将待测工质放入工质贮存装置进行除湿处理，保证装置内湿度在小于10％，贮存48小时以上，工质经过该处理后方可取出进行试验。试验后工质需要进行静置处理，即将待测工质静止放置于工质贮存装置中30分钟以上，使其恢复到试验之前称量所处的湿度状态，然后进行称量。
附图说明
图1根据本发明的工质贮存装置的示意图。
图2根据本发明的试验系统的示意图。
图3根据本发明的试验步骤流程图。
具体的实施方式
下面结合附图对本发明做详细的说明。
本发明中的脉冲等离子体推力器测试系统包括工质贮存装置与测试装置两大部分。
图1是工质贮存装置1的示意图，工质贮存装置1是本发明中确保烧蚀质量测量试验准确度的主要装置。工质贮存装置1的主体为一个密闭的箱体，箱体材料优选为金属。在箱体内部放有一个湿度控制器3，箱体的一面设置有观察窗，用于观测湿度控制器显示的实时湿度。在使用含能工质2进行试验前，需要提前将工质样本在工质贮存装置中贮存48小时以上，使用湿度控制器控制湿度保持在10％以下。
图2是试验所使用的测试装置的示意图。其中，在真空仓4内设置有样机6，样机6是采用尾馈式脉冲等离子体推力器，使用的推进剂为含能工质2。真空仓4内可以实现极限真空度为5×10-4Pa，工作真空度为5×10-3Pa。试验间外建有冷却水塔，为真空泵组提供冷却水。试验所用的电源5具有同时为脉冲等离子体推力器的储能电容充电、为火花塞充电及控制点火三个功能。为储能电容充电电压范围0-2000V可调。点火电压恒定，点火频率分别可调为0.25Hz，0.5Hz，1Hz及手动触发。地面实验电源具有短路保护功能。
图3为试验流程图。
下面对应用本发明中的测试装置进行的测试过程进行说明。
1.除湿处理
在使用含能工质脉冲等离子体推力器进行测试前，需要将待测工质提前放置于工质贮存装置1中，控制湿度在10％以下，持续48小时以上。
2.试验前称量
进行烧蚀质量测量试验时，首先将待测工质2取出工质贮存装置1，利用电子天平进行试验前称重，一共测量三次，平均值记为m1。
3.连接试验设备
将工质安装至样机，然后分别将样机上的火花塞，阴阳极通过真空仓侧壁上的接线柱连接到电源系统。
4.测试点火与抽真空
在大气压环境下点火，确保点火系统能够正常工作，然后按照真空系统操作流程将真空仓内压强抽至5×10-3Pa。
5.点火
将电压调至所需数值，并设置好点火频率，点火5000次。点火完成后关闭点火系统，撤去电压。
6.开仓
按照真空系统操作流程将真空仓真空撤去。
7.静置处理
将待测工质静止放置于工质贮存装置中30分钟以上。
8.试验后称量
将样机卸下，取出工质，再次使用电子天平测量三次质量，将平均值记录为m2。
9.整理实验设备
试验后将实验设备整理完毕，工质放还至工质贮存装置1。
10.处理试验数据
含能工质脉冲等离子体推力器烧蚀质量测量结果m＝(m2-m1)/5000。

Claims (1)

1.一种应用脉冲等离子体推力器烧蚀质量测试系统进行的脉冲等离子体推力器烧蚀质量测试方法，所述脉冲等离子体推力器烧蚀质量测试系统包括工质贮存装置（1）与测试装置，所述测试装置包括设置在真空仓（4）内的样机（6），所述工质贮存装置（1）包括设置在密闭的箱体内的湿度控制器（3），且所述箱体上设置有用于观测所述湿度控制器（3）的观察窗，其特征在于，所述脉冲等离子体推力器使用含能工质，且所述脉冲等离子体推力器烧蚀质量测试方法包括如下步骤：
1）除湿处理
在使用含能工质（2）的脉冲等离子体推力器进行测试前，将待测工质提前放置于所述工质贮存装置（1）中，控制湿度在10%以下，持续48小时以上；
2）试验前称量
进行烧蚀质量测量试验时，首先将待测工质取出工质贮存装置（1），利用电子天平进行试验前称重，一共测量三次，平均值记为m1；
3）连接试验设备
将待测工质安装至样机，然后将样机上连接到电源（5）；
4）测试点火与抽真空
在大气压环境下点火，确保点火系统能够正常工作，然后将真空仓内压强抽至5×10-3Pa；
5）点火
将电压调至所需数值，并设置好点火频率，点火5000次；
6）静置处理
将待测工质静止放置于工质贮存装置中30分钟以上；
7）试验后称量
将样机卸下，取出工质，再次使用电子天平测量三次质量，将平均值记录为m2；
8）处理试验数据
含能工质脉冲等离子体推力器烧蚀质量测量结果m=(m2-m1)/5000。
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