1、脈沖等離子體推進器的放電頻率調(diào)制N. Dubey, V. Ravi, and A. Kushari印度理工學院，坎普爾序論脈沖等離子體推進器（Pulsed Plasma Thruster ，簡稱PPT是一種脈沖式 電力推進裝置， 它可以在低功耗的情況下提供高比沖。 在一個脈沖等離子體推進 器中，電源控制只是簡單地調(diào)整電流脈沖頻率， 而不會影響性能。 因此脈沖等離 子體推進器可以產(chǎn)生小單位的脈沖和精確的， 任意的脈沖。 由于脈沖等離子體推 進器的這些特性， 人造衛(wèi)星和其它星際類的任務為他們的應用提供了很好的機會。 這些年來，脈沖等離子體推進器作為一種前景光明的推進器引起了人們的高度重 視。在微小

2、衛(wèi)星領(lǐng)域的快速增長和應用范圍的廣泛增加， 而帶來的發(fā)展主要表現(xiàn) 在減少凈重，增加壽命和提升 PPT的性能。到目前為止，大多數(shù)的PPT是通過電磁力推進固體推進劑的燒蝕裝置。一個 PPT由一對電極和它們之間的一塊固體推進劑組成，通常是聚四氟乙烯。電極和 充電電容連接。 通常情況下， 使用火花塞在四氟乙烯的暴露表面提供大量自由電 子，來啟動電極之間的放電。放電等離子體的溫度非常高，使推進劑蒸發(fā)，然后 由電磁力和壓力和加速， 由此產(chǎn)生推力。 這一類推進器的主要優(yōu)點是簡單， 因為 他們使用聚四氟乙烯作為推進劑固體， 因此，相對于傳統(tǒng)的推進系統(tǒng),PPT不需要 分散或有毒的推進劑系統(tǒng)。此外，由于其脈沖的性質(zhì)

3、和較低的功率水平，允許 PPT在一個相對廣闊的功率范圍內(nèi)運行，而不會損失太多性能。作為一種電推進系統(tǒng)， 電氣電路參數(shù)（例如， 電容，電感， 電阻，功率等）， 對一個PPT的性能有重要影響。Solbes和Vondra有電路參數(shù)對一個PPT性能影 響的研究，例如，脈沖位，比沖和效率。 Pulumbo和Gumar進行推進劑和電極的 幾何形狀對PPT影響的研究。這些研究有助于提高對PPTS勺認識和PPT的性能。 Aston和Pless已經(jīng)得出結(jié)論，一個PPT的壽命是由點火電路決定的。他們已經(jīng) 進行了測試，來研究火花塞啟動的沉積，侵蝕和方式。這些測試的結(jié)果表明，電 感而不是火花塞的電阻耦合對推進器負極，

4、 和使用一個高電流， 短脈沖觸發(fā)電路， 能使火花塞的壽命顯著增加。然而，他們的研究集中在提高火花塞的使用壽命， 并沒有在火花塞的脈沖持續(xù)時間上進行實驗來分析PPT對放電頻率的依賴性。Burton和Turchi推測等離子體點火的精確條件，不應該直接影響到PPT的性能， 因為這個火花的能量和質(zhì)量都要遠小于主放電的相應值。 然而，他們都表示， 到 目前為止都不能很好地理解點火啟動 PPT放電的實際機制。本研究旨在了解PPT的放電頻率對火花塞脈沖頻率依賴性。，它可以幫助我們更好地了解火花塞放電 起始在PPT中的作用。雖然火花塞作為PPT使用壽命的限制部件是眾所周知的，他們被廣泛使用， 因為無法得到其他

5、合適的替代品。已經(jīng)進行了研究來探討放電啟動其他方式。它 已被證明在推進器的背板上的紅外線激光器一次脈沖引發(fā)的一次放電可以在 PPT中引發(fā)一次欠壓。然而，這一想法目前還在起步階段，沒有可行的空間應用。 研究還證實了自主觸發(fā)的設計加在電極上的電壓可以超過放電間隙的擊穿電壓 的可行性。由于需要的電壓超過擊穿電壓，就要求有一個高電壓電源。然而，在 一個自主觸發(fā)的設計中，不需要點火電路。在放電的情況下，啟動電路，控制脈 沖放電的頻率就成為一個問題。放電頻率是從推力生成的觀點來說是很重要的。 Dubey等人提出脈沖調(diào)制的一種方法是通過改變初始的電源電壓和電容。然而， 不同的初始電源電壓和電容涉及很復雜，

6、如使用電容器組和高電壓的電源。 本文 提出在可接受的范圍內(nèi)調(diào)制 PPT的放電脈沖，而不必使用一個電容器組。這可以 減少系統(tǒng)的質(zhì)量和降低與之關(guān)聯(lián)的不必要的復雜性。此外，使用的火花塞會在 PPT中放電產(chǎn)生相對較低的電壓，這意味著人們不再需要一個非常高電壓的電源?；鸹ㄈ麨镻PT的啟動提供了大量的自由電子。本文提出的研究包括創(chuàng)建一個 會改變放電間隙的空間電荷特性的電子脈沖， 從而降低了擊穿電壓。如果最初放 電間隙處于一個欠壓狀態(tài)，電壓略小于沒有電子脈沖的放電要求并且大于電子脈 沖要求的擊穿電壓，電子脈沖會成功放電。因此，火花塞脈沖可以用來調(diào)節(jié)PPT的放電頻率，由于脈沖為放電啟動定期提供了所需的大量電子

7、。目前來說，進行了試驗來研究PPT中火花塞上的放電頻率引起不同脈沖頻率的影響。無論是頻率還是火花塞的輸入電壓各不相同。結(jié)果表明，PPT的放電頻率取決于火花塞的脈沖頻率。然而，PPT的放電頻率不依賴于火花塞的輸入電壓（功率）。因此，通 過控制火花塞的脈沖頻率，可以在一定范圍內(nèi)改變PPT的放電頻率。實驗細節(jié)實驗描述如下：設計一個固定的幾何平行軌道推進器。聚四氟乙烯藥柱被用 來作為推進劑。兩個銅電極（相距 36mm 12mn寬，50mn長，如圖1所示）被連 接到了 2.5千伏，40卩F的電容，跨過聚四氟乙烯放電。該 PPT放電開始使用了 特別開發(fā)的電路連接到從市面上購買的汽車火花塞。輸入電壓和火花塞

8、的脈動頻率各不相同，使用方波的峰-峰值電壓和使用函數(shù)發(fā)生器調(diào)節(jié)頻率。在兩側(cè)相距 29cm的立方形室內(nèi)進行實驗。通過真空泵把內(nèi)室降到50pa的壓力。TeflonFeeder springClampSpace farinwertin 呂 Capper Electrude spark plugFud-retaining daoulder Ti lternng s crew圖1 PPT示意圖高電壓輸出的DC-DC變換器作為主電源以便將4和30 V的輸入電壓轉(zhuǎn)換到 數(shù)千伏的高壓直流電輸出。（供電電路的原理圖 2所示）。從電源的輸出電壓進 行測量，分別為1.3和3千伏，4和12 V的輸入電壓。電流消耗很低，為1.5A。 該裝置實質(zhì)上在設計頻率上截取