空间电推进试验测量技术

目录
丛书序
序
前言
试验基础篇
第1章 电推进试验概论
1.1 电推进技术简介 003
1.2 电推进试验的地位与作用 004
1.3 电推进试验的特点 006
1.3.1 试验真空环境 006
1.3.2 测量参数种类 007
1.3.3 电推力器的羽流 007
1.3.4 电推进试验成本 007
1.3.5 电推进试验周期 008
1.4 电推进试验的分类和内容 008
1.4.1 电推进试验的分类 008
1.4.2 电推进试验的内容 010
1.5电推进试验的发展与展望 013
参考文献 014
第2章 电推进试验真空系统
2.1 电推进试验的一般要求 016
2.2 真空系统主要参数的确定 017
2.2.1 电推进试验工作真空度 018
2.2.2 电推进试验真空舱尺寸 021
2.2.3 羽流诊断测量的工作真空度和舱尺寸 023
2.3 抽速设计与真空泵配置 025
2.3.1 真空抽速设计的主要参数 026
2.3.2 真空泵的配置 031
2.3.3 真空残气对试验的影响 037
2.4 真空测量 038
2.4.1 电推进真空测量的特点 038
2.4.2 电推进试验真空规的选择 039
2.4.3 影响真空测量的因素 039
2.4.4 真空校准 042
2.5 典型的电推进真空系统配置 043
2.5.1 格林研究中心VF5真空系统 043
2.5.2 上海空间推进研究所VF6真空系统 043
2.5.3 兰州空间技术物理研究所TS7A真空系统 045
2.6 国外典型电推进试验真空系统统计 045
参考文献 048
第3章 电推进点火试验
3.1 电推进点火试验的作用 050
3.2 电推力器点火试验 050
3.2.1 电推力器点火试验内容 051
3.2.2 试验配置 052
3.2.3 电推力器点火试验方法 055
3.3 空心阴极点火试验 061
3.3.1 空心阴极点火试验内容 061
3.3.2 空心阴极试验构型 062
3.3.3 试验配置 066
3.3.4 空心阴极点火试验方法 068
3.4 电推进系统点火试验 071
3.4.1 电推进系统点火试验内容 072
3.4.2 试验配置 074
3.4.3 电推进系统点火试验方法 075
参考文献 079
性能测量篇
第4章 微小推力测量
4.1 概述 083
4.2 微小推力测量的方法 084
4.2.1 微小推力测量的分类 084
4.2.2 微小推力测量的基本原理 088
4.3 微小推力测量装置的组成和结构 092
4.3.1 激摆推力测量共用组件 093
4.3.2 倒摆式推力架 094
4.3.3 悬摆式推力架 097
4.3.4 扭摆式推力架 099
4.4 微小推力测量装置的主要技术指标 100
4.5 微小推力测量装置的校准 103
4.5.1 通过加载已知力进行校准 103
4.5.2 通过加载已知冲量进行校准 104
4.6 推力测量的误差分析 105
4.6.1 误差来源 105
4.6.2 系统误差的控制 106
4.7 典型的微小推力测量装置介绍 107
4.7.1 倒摆式推力测量装置 107
4.7.2 悬摆式推力测量装置 110
4.7.3 扭摆式推力测量装置 115
4.7.4 标靶传递推力测量装置 119
参考文献 121
第5章 气体微流量控制与测量
5.1 概述 122
5.2 流量测量方法介绍 123
5.2.1 常见流量测量方法 123
5.2.2 电推进实验室推进剂流量测量方法 133
5.2.3 电推进飞行产品推进剂流量测量系统 134
5.3 气体微流量控制与测量原理 136
5.3.1 热式流量控制与测量方法工作原理 136
5.3.2 压力式流量控制与测量方法工作原理 138
5.4 微流量测量与校准 139
5.5 误差分析与不确定度 140
5.6 流量测量与控制案例 145
5.6.1 实验室流量控制与测量 145
5.6.2 飞行产品流量控制与测量 151
参考文献 160
第6章 束流特性测量
6.1 概述 161
6.2 基本要求 162
6.2.1 坐标系选取 162
6.2.2 测量范围及分辨率 163
6.2.3 安装与使用要求 164
6.3 测量电路 166
6.4 影响因素分析 166
6.4.1 地面设备背景气体效应 166
6.4.2 Bohm电流的影响及鞘层扩张 168
6.4.3 热离子电流影响 169
6.5 离子电流密度 170
6.6 束流发散角 172
6.6.1 电推力器羽流远场区 172
6.6.2 霍尔推力器羽流近场区 177
6.6.3 离子推力器羽流近场区 180
6.7 推力矢量偏心 182
6.7.1 基本理论 182
6.7.2 测量方法及应用 183
6.8 束流利用率 184
6.9 误差及不确定性 185
6.10 Faraday探针设计 186
6.10.1 基本设计 186
6.10.2 探针类型 186
6.11 其他电推进束流特性的测量 188
6.11.1 胶体推进 188
6.11.2 电弧推进 189
6.11.3 电磁推进 189
参考文献 190
第7章 电磁辐射特性测量
7.1 概述 193
7.2 电推进电磁辐射产生机理 195
7.2.1 等离子体对入射电磁波的影响 195
7.2.2 等离子体辐射电磁波 196
7.2.3 等离子体振荡机理 198
7.3 电磁辐射特性测量方法 200
7.3.1 透波副舱测试方案 201
7.3.2 真空舱覆盖吸波材料测试方案 202
7.3.3 直接真空舱测试方案 203
7.4 典型系统配置 204
7.4.1 地面电推进试验设备 204
7.4.2 透波副舱 205
7.4.3 电磁半屏蔽暗室 206
7.4.4 铝锥吸收体 206
7.4.5 电磁辐射测试系统 207
7.5 试验方法 207
7.5.1 试验布局 207
7.5.2 试验流程 208
7.5.3 数据处理与分析 210
7.6 试验案例 211
7.6.1 SPT100霍尔推力器电磁辐射特性试验 211
7.6.2 RIT10离子推力器电磁辐射特性试验 213
7.6.3 HET40和LIPS200电磁辐射特性试验 215
7.6.4 HET80和LIPS300电磁辐射特性试验 217
参考文献 221
寿命试验篇
第8章 电推力器寿命试验
8.1 概述 225
8.2 影响电推力器寿命的因素 228
8.2.1 影响霍尔推力器寿命的因素 229
8.2.2 影响离子推力器寿命的因素 232
8.3 寿命试验方法 234
8.3.1 工作寿命试验 234
8.3.2 快速寿命试验 237
8.4 电推力器寿命试验案例 243
8.4.1 工作寿命试验 243
8.4.2 快速寿命试验 264
参考文献 270
第9章 空心阴极寿命试验
9.1 概述 273
9.2 影响空心阴极寿命的因素 275
9.2.1 失效分析 275
9.2.2 失效判据 277
9.3 寿命试验的方法 278
9.3.1 工作寿命试验 278
9.3.2 快速寿命试验 281
9.4 空心阴极寿命试验特殊设备 283
9.5 空心阴极可靠性分析 286
9.6 空心阴极寿命试验案例 289
9.6.1 工作寿命试验 289
9.6.2 快速寿命试验 297
参考文献 300
第10章 电推进系统组部件寿命试验
10.1 概述 301
10.1.1 电推进系统组成和功能 301
10.1.2 推进剂贮供子系统 302
10.1.3 电推进系统的供电系统 306
10.2 影响系统寿命的主要单机和组部件 307
10.3 寿命试验的方法 308
10.3.1 阀门寿命试验 308
10.3.2 流量控制器寿命试验 309
10.3.3 功率处理单元寿命试验 310
10.4 功率处理单元寿命试验案例 314
参考文献 315
等离子体诊断篇
第11章 等离子体密度及电子温度的诊断
11.1 概述 319
11.2 Langmuir探针基本理论 320
11.2.1 离子电流理论模型 321
11.2.2 电子电流理论模型 323
11.2.3 探针分析方法 324
11.2.4 基于二阶导数的分析方法 326
11.3 等离子体定向运动影响分析 329
11.4 磁场影响分析 331
11.5 放电通道内部的等离子体诊断 332
11.6 探针结构 332
11.6.1 单探针 332
11.6.2 双探针 335
11.6.3 三探针 338
11.7 误差分析 339
11.8 Langmuir探针在电推进领域的应用 340
参考文献 346
第12章 等离子体空间电势测量
12.1 概述 348
12.2 基本原理 348
12.2.1 探针模型 349
12.2.2 空间电荷效应 352
12.2.3 磁场影响分析 353
12.3 空间电势的获取方法 353
12.3.1 测量方法 353
12.3.2 加热电流的选择 354
12.3.3 误差分析 356
12.4 加热方法 358
12.4.1 直流电焦耳加热 358
12.4.2 交流电焦耳加热 359
12.4.3 自持加热 359
12.4.4 激光加热 360
12.5 探针结构 360
12.5.1 材料 360
12.5.2 结构 361
12.5.3 连接 361
12.5.4 支撑结构 361
12.6 发射探针在电推进领域的应用 362
参考文献 363
第13章 离子特性测量
13.1 概述 365
13.2 离子能量分布测量 365
13.2.1 基本原理 366
13.2.2 测量电路 366
13.2.3 数据处理 367
13.2.4 关键尺寸设计 369
13.2.5 RPA探针在霍尔推力器中的应用 370
13.3 离子成分及比例的分析 371
13.3.1 基本原理 371
13.3.2 测量电路 374
13.3.3 误差分析 374
13.3.4 E×B探针典型应用 377
13.4 离子速度的测量 379
13.4.1 基本原理 379
13.4.2