傳統(tǒng)的航空推進(jìn)器是將數(shù)百萬公斤的液體或固體燃料加入火箭中，以氧化劑將其點(diǎn)燃，借助燃料燃燒產(chǎn)生的推力將火箭送上太空。人類若想到達(dá)更遙遠(yuǎn)的星空，則需要一個(gè)更高效的、只需要少量推進(jìn)劑的推進(jìn)系統(tǒng)，離子推進(jìn)器就可以滿足這個(gè)要求。離子發(fā)動(dòng)機(jī)作為目前實(shí)用化火箭技術(shù)中最為經(jīng)濟(jì)的推進(jìn)器，在航空航天領(lǐng) 域有很廣泛的應(yīng)用，例如衛(wèi)星在太空中軌道的調(diào)整和深空探測(cè)器的小推力長(zhǎng)時(shí) 間飛行。離子發(fā)動(dòng)機(jī)具有傳統(tǒng)化學(xué)火箭所沒有的優(yōu)勢(shì)——極高的比沖，因此只 需要很少的推進(jìn)劑就可以達(dá)到很高的速度 ，這樣減少了燃料的攜帶 ，減輕了火 箭重量 ，從而節(jié)省了燃料 。另外，離子發(fā)動(dòng)機(jī)還具有壽命長(zhǎng)，可多次重復(fù)啟動(dòng) 工作，推力小等特點(diǎn)[2]。提高離子推進(jìn)器的推力以及推進(jìn)效率，對(duì)于離子推進(jìn)器的發(fā)展極為重要。
離子推進(jìn)器的結(jié)構(gòu)與基本工作原理
離子推進(jìn)器可分為四個(gè)有機(jī)組成部分：推力器：電離室（Ionization Chamber）、空心陰極（Hollow Cathode）、環(huán)尖磁鐵（Ring Cusp）、離子光學(xué)系統(tǒng)（Ion OpticSystem）、中和器（Neutralizer）;電源控制單元：（PPU:Power Processing Unit）;推進(jìn)劑供給系統(tǒng)（PFS:Propellant Feeding System）;數(shù)字控制接口單元（DCIU:Digital Control Interface Unit）。離子推進(jìn)器基本工作原理：經(jīng)過光電轉(zhuǎn)化裝置將太陽能變?yōu)殡娔?，再使電能產(chǎn)生電磁場(chǎng)；工作介質(zhì)在高溫下被電離，形成等離子體，與磁場(chǎng)能相互作用，由電磁感應(yīng)可以獲得產(chǎn)生加速度的力[3]。概括起來說，就是利用太陽能引發(fā)的電磁場(chǎng)對(duì)載流體等離子體產(chǎn)生洛倫茲力的原理，使處于中性的等離子體狀態(tài)的工作介質(zhì)加速以產(chǎn)生推力。
圖1.離子推進(jìn)器結(jié)構(gòu)示意圖
通過對(duì)離子推進(jìn)器的結(jié)構(gòu)與原理進(jìn)行分析，通過改變網(wǎng)柵結(jié)構(gòu)材料設(shè)想提升離子推進(jìn)器推力并計(jì)算得到以下結(jié)論：
（1）對(duì)于離子推進(jìn)器的柵極組件,采用C-C編織復(fù)合材料取代金屬鉬柵極是一種合理有效的方法,能在保證力學(xué)性能的條件下,提高擊穿電壓上限從而增大加速電壓；
（2）經(jīng)計(jì)算得出改進(jìn)后，推力F2=53.67mN，比沖Is2=6845.7s，相對(duì)推力比率為53.12%，相對(duì)比沖比率為53.11%
綜上所述，經(jīng)過改進(jìn)后的離子推進(jìn)器在原結(jié)構(gòu)基本不變的情況下在推力上有明顯提升，提高加速電壓而提高離子推進(jìn)器推力是可行的方案。
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