超声电喷推进机理研究

张姚滨,杭观荣,董磊,康小明,*,赵万生,张岩,康小录

1.上海交通大学机械与动力工程学院,上海200240 2.上海空间推进研究所,上海201112

超声电喷推进机理研究

张姚滨1,杭观荣2,董磊1,康小明1,*,赵万生1,张岩2,康小录2

1.上海交通大学机械与动力工程学院,上海200240 2.上海空间推进研究所,上海201112

超声电喷推进是一种新型的电推进技术,主要用于解决胶体推力器等电推力器发射点集成困难、发射点数密度低的问题。通过将超声振动产生的大量微细驻波作为发射源,超声电喷推进将从根本上提高发射点的数目和密度,形成较大的推力密度。文章对超声电喷推进的发射机理进行了研究,得到相应的理论发射模型。通过对发射表面上微细驻波的形成过程、带电液滴的分离过程进行理论分析,建立了静电场条件下微细驻波波峰临界状态的平衡方程,推导出微细驻波波峰局部半径以及发射液滴尺寸的理论解,并提出了发射电流、比冲和推力的估算方程。在此基础上,分析了极间电场强度、超声振动频率、超声振动功率、推进剂性能黏度、推进剂表面张力系数和电导率对超声电喷推进性能的影响规律,并进行了试验验证。

超声电喷推进;发射模型;微细驻波;带电液滴;发射机理

目前,胶体推力器等电推力器存在发射点集成困难、发射点数密度低的问题,这导致其推进剂流量偏低,难以形成较大的推力密度[1-2]。21世纪初期麻省理工学院空间推进实验室成功研制了在0.64cm2的范围内集成1025个发射点的胶体推力器阵列[3-4],然而受现阶段微细制造和装配技术水平的限制,发射点集成的数量始终是有限的。……