本書基于新型空間機動任務對大推力和高比沖推力器的應用需求，主要介紹了融合氫氧爆震燃燒與等離子體電磁加速機理發(fā)展而成的一種空間電化學復合推進技術。該技術將燃燒反應釋放的化學能與電源提供的電能同時高效地利用，從而實現(xiàn)較大的推力和適中的比沖。
本書首先介紹了空間推進系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及新型空間任務對其提出的技術要求，然后介紹了磁等離子體推進和脈沖爆震發(fā)動機技術，接著對電化學復合推力器關鍵部件復合加速腔、電源及工質供給模塊的方案設計及地面實驗驗證樣機研制與性能評估情況進行了詳細介紹，最后探索了相關數(shù)值模擬技術以及電化學復合推進的空間應用前景。
本書可供從事空間電推進、軌道動力學、空間飛行器平臺設計、深空探測任務規(guī)劃等方面研究的科技人員和高等院校相關專業(yè)師生參考。
第1章 緒論 001
1.1 化學推進 002
1.2 電推進 004
1.2.1 中小功率電推進應用現(xiàn)狀 004
1.2.2 大功率電推進研究現(xiàn)狀 008
1.3 電化學混合式推進 019
1.4 電化學復合推進 021
1.4.1 氣體燃燒動力學基礎 021
1.4.2 等離子體助燃技術 024
1.4.3 等離子體在電磁場中的運動 028
1.4.4 電化學復合推進技術內涵 029
參考文獻 030
第2章 航天器軌道轉移 033
2.1 航天器軌道轉移基礎 033
2.1.1 空間坐標系 033
2.1.2 二體問題與軌道要素 035
2.1.3 航天器運行軌道 038
2.1.4 軌道轉移動力學問題 039
2.2 一般情形航天器軌道轉移過程 042
2.2.1 軌道轉移控制策略 042
2.2.2 幾種常見的軌道轉移過程 043
2.3 應用電推進的軌道轉移過程 047
2.3.1 基于電推進的軌道轉移特點 048
2.3.2 電推進軌道轉移策略概述 049
2.4 未來航天器空間軌道轉移需求 051
2.4.1 未來機動平臺能力發(fā)展方向 051
2.4.2 新型空間任務對推進系統(tǒng)的要求 052
參考文獻 058
第3章 磁等離子體推進技術 059
3.1 磁等離子體推力器技術內涵 059
3.1.1 工作機理介紹 059
3.1.2 性能作用因素分析 062
3.1.3 涉及的關鍵技術 065
3.2 磁等離子體推力器研究現(xiàn)狀 073
3.2.1 國外研究現(xiàn)狀 073
3.2.2 國內研究現(xiàn)狀 078
3.3 空間應用前景分析 079
3.3.1 空間應用能源供給問題 079
3.3.2 “Onset”問題 080
3.3.3 陰極燒蝕問題 082
3.3.4 發(fā)展建議 082
參考文獻 083
第4章 脈沖爆震發(fā)動機技術 087
4.1 爆震的物理基礎 088
4.1.1 幾種典型的燃燒現(xiàn)象 088
4.1.2 Chapman-Jouguet 理論 088
4.1.3 爆震熱力學效率分析 091
4.1.4 爆震波結構 092
4.2 脈沖爆震發(fā)動機技術內涵 095
4.2.1 脈沖爆震發(fā)動機循環(huán)過程 096
4.2.2 現(xiàn)代高頻PDRE 技術 097
4.3 脈沖爆震發(fā)動機的性能分析 103
4.3.1 “Wintenberger”模型 103
4.3.2 等容循環(huán)模型 105
4.4 脈沖爆震發(fā)動機研究現(xiàn)狀 110
4.4.1 國外研究現(xiàn)狀 110
4.4.2 國內研究現(xiàn)狀 113
4.5 空間應用前景分析 115
參考文獻 116
第5章 空間電化學復合推進系統(tǒng)方案 120
5.1 系統(tǒng)組成 120
5.2 空間電能供給 121
5.2.1 初級功率源選擇 122
5.2.2 太陽電池- 蓄電池組合供電系統(tǒng) 132
5.2.3 電源處理單元 139
5.2.4 電化學復合推進電源設計要求 146
5.3 工質儲存與供給 146
5.3.1 化學推進劑儲存與供給技術 146
5.3.2 電推進工質儲存與供給技術 148
5.3.3 低溫推進劑長期在軌儲存技術 149
5.3.4 基于水電解技術的在軌工質供給方案 152
參考文獻 154
第6章 復合加速腔設計 158
6.1 總體設計 158
6.1.1 設計要求 158
6.1.2 總體結構方案 159
6.2 陽極外筒 160
6.2.1 理論計算 160
6.2.2 結構設計 163
6.3 尾噴管 164
6.3.1 噴管選型 164
6.3.2 結構設計 165
6.4 陰極桿 167
6.4.1 理論計算 167
6.4.2 結構設計 167
6.5 其他組件 168
6.5.1 腔體冷卻組件 168
6.5.2 系統(tǒng)裝配 171
參考文獻 172
第7章 電源系統(tǒng)設計 173
7.1 阻抗特征分析 173
7.2 理論設計與工程研制 176
7.2.1 電路拓撲及原理介紹 176
7.2.2 關鍵部組件設計 177
7.2.3 可靠性及結構設計 188
7.3 空間應用優(yōu)化設計考慮 190
7.3.1 空間環(huán)境因素影響簡析 191
7.3.2 空間適應性優(yōu)化設計 200
參考文獻 203
第8章 工質供給系統(tǒng)設計 205
8.1 供給量需求分析 205
8.2 供給方式選擇 207
8.2.1 供給速度控制 207
8.2.2 氫/ 氧混合方式 208
8.3 系統(tǒng)方案設計 210
8.3.1 氫氧混合特性仿真計算 210
8.3.2 腔內混合器設計 218
8.3.3 氣路布局及元件選型 219
8.3.4 控制模塊設計 222
參考文獻 226
第9章 實驗研究 227
9.1 實驗系統(tǒng)及測試方法 227
9.2 性能測試及結果分析 230
9.2.1 點火延時影響 230
9.2.2 背景壓強影響 233
9.2.3 混合物配比及濃度影響 235
9.2.4 結構參數(shù)影響 237
9.2.5 電源參數(shù)影響 238
9.2.6 外加磁場影響 240
9.2.7 腔內壓強分布診斷 241
9.3 實驗研究總結 242
第10章 數(shù)值模擬研究 244
10.1 爆震燃燒數(shù)值模擬方案 244
10.1.1 爆震燃燒模擬控制方程 244
10.1.2 爆震燃燒模擬數(shù)值方法 247
10.2 粒子模擬方案 249
10.2.1 低溫等離子體數(shù)值仿真模型簡介 249
10.2.2 粒子模擬方法介紹 251
10.3 電化學復合推進模擬方案 263
10.3.1 弱耦合模擬方法 263
10.3.2 仿真模型設計 263
10.3.3 考慮的碰撞類型及截面數(shù)據(jù) 264
10.4 復合推進氫氧放電特性模擬 272
10.5 復合推進氫氧爆震燃燒模擬 275
10.6 復合推進弱耦合模擬 281
10.6.1 流場特征 281
10.6.2 推力與放電電流的關系 286
10.6.3 效率與輸入功率的關系 288
10.6.4 弱耦合處理前后結果對比 289
10.7 數(shù)值模擬研究總結 290
參考文獻 291
第11章 空間應用簡析 292
11.1 應用前景分析 292
11.1.1 載人深空探測 292
11.1.2 戰(zhàn)略載荷快速投送 297
11.1.3 電化學復合推進適用性分析 297
11.2 相關配套技術 298
11.2.1 空間大功率核電源技術 298
11.2.2 軌道設計技術 302
參考文獻 302
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