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水分解微推力器脉冲燃烧过程实验研究
Experimental Study on Pulse Combustion Process in Micro-Thruster Using Electrolysis of Water

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攸兴杰 1   沈岩 1,2 *   余西龙 3   李飞 3   卢国权 1,2  
文摘 水分解推进系统是一种特别适用于微小卫星应用需求的技术方案,其性能与推力器燃烧过程和工作时序的匹配密切相关.为了优化设计、提高性能,使用快速响应的压力传感器对水分解推力器燃烧室内的定容预混燃烧过程进行了测量.典型信号显示,典型燃烧过程包括缓燃、爆燃及爆燃波反射、未烧完气体缓燃、燃气冷却及吸附等五个阶段.在氢氧混合气体的初始压力从30kPa逐渐升高到90kPa时,爆燃导致的压力最大值出现的时间从355μs缩短到172.5μs,爆燃强度逐渐增大,缓燃完成的时间基本不变,缓燃导致的最大压力逐渐增大,但是明显低于绝热定容燃烧,燃烧过程受散热和表面吸附的影响显著.燃烧和冷却的特征时间均为毫秒量级,推力器的排气时间精度应优于亚毫秒量级,以保证工作时序与燃烧及冷却吸附过程相匹配.
其他语种文摘 Micro-propulsion system using electrolysis of water is a promising option for microsatellites,and the matching of operation timing sequence and combustion process in thruster plays a key role in its performance. To optimize design and improve performance,a blast pressure sensor was employed to determine the combustion process of stoichiometric mixture of hydrogen and oxygen in the chamber. According to typical experimental results,the combustion process includes laminar combustion,deflagration,reflection of deflagration wave,laminar combustion of residue fuel,cooling and adsorption. As the initial pressure of gas mixture gradually increased from 30kPa to 90kPa,the time required for complete deflagration decreased from 355μs to 172.5μs,the intensity of the deflagration increased,while the time required for completing the combustion process did not show obvious difference. Pressure increment caused by deflagration is far below which caused by adiabatic combustion,which indicates the cooling and adsorption process obviously infect the combustion process. The combustion time and cooling time are both in millisecond level. To optimize the thruster performance,the accuracy of operation timing sequence should be better than 1 millisecond.
来源 推进技术 ,2018,39(4):843-848 【核心库】
DOI 10.13675/j.cnki.tjjs.2018.04.015
关键词 微推进 ; 水分解推力器 ; 氢氧混合气体 ; 定容燃烧
地址

1. 北京控制工程研究所, 北京, 100094  

2. 空间智能控制技术国家级重点实验室, 空间智能控制技术国家级重点实验室, 北京, 100194  

3. 中国科学院力学研究所, 高温气体动力学国家重点实验室, 北京, 100190

语种 中文
文献类型 研究性论文
ISSN 1001-4055
学科 航天(宇宙航行)
基金 载人航天预先研究项目
文献收藏号 CSCD:6233674

参考文献 共 16 共1页

1.  Wim de Groot. Electrolysis Propulsion for Spacecraft Applications. 33rd Joint Propulsion Conference and Exhibit,1997 被引 1    
2.  张晓光. 水基推进系统综述. 火箭推进,2009,35(1):9-15 被引 1    
3.  Zeledon R A. Electrolysis Propulsion for Small-Scale Spacecraft,2015 被引 1    
4.  Stechman R. Water Electrolysis Satellite Propulsion System,1973 被引 1    
5.  林震. 水基火箭推进系统空间性能研究,2011 被引 3    
6.  林震. 催化点火气氢气氧推力器试验研究. 推进技术,2012,33(6):897-901 被引 2    
7.  Zeledon Rodrigo. Electrolysis Propulsion for CubeSat-Scale Spacecraft. Long Beach: AIAA Space 2011 Conference & Exposition,2011 被引 1    
8.  Wrobel Jonathan. PowerCube (TM)-Enhanced Power, Propulsion, and Pointing to Enable Agile, High-Performance CubeSat Missions. Logan: AIAA Space 2012 Conference & Exposition,2012 被引 1    
9.  Paritsky L. Development of a CubeSat Water Electrolysis Propulsion System-HYDROS. 27th AIAA/USU Conference on Small Satellites 2013,2013 被引 1    
10.  Karsten J. Performance Characterization of the HYDROSTM Water Electrolysis Thruster. Proceedings of the Small Satellite Conference 2015,2015 被引 1    
11.  陈俊杰. 传热对微型发动机预混催化燃烧特性影响的研究. 推进技术,2014,35(10):1363-1371 被引 2    
12.  张伟. ADN基发动机燃烧室CO组分实验测量. 推进技术,2015,36(5) 被引 1    
13.  方杰. N_2O单组元微推进系统及其喷管流场的初步研究. 推进技术,2005,26(6) 被引 1    
14.  Kuznetsov M. Laminar Burning Velocities of Hydrogen-Oxygen-Steam Mixtures at Elevated Temperatures and Pressures. Proceedings of the Combustion Institute,2011,33(1):895-903 被引 3    
15.  Turns S R. An Introduction to Combustion: Concepts and Applications,2012 被引 1    
16.  Law C K. A Compilation of Experimental Data on Laminar Burning Velocities,1993 被引 1    
引证文献 2

1 攸兴杰 微纳卫星水分解推进系统研究进展 载人航天,2018,24(6):838-844
被引 2

2 王文涛 一种多任务模式离子液体推进剂的制备、表征及催化分解研究 推进技术,2020,41(2):455-460
被引 3

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