航天繼電器分?jǐn)嚯娀〖捌湟种拼胧┑姆抡婧蛯嶒炑芯?pdf

1、航天電磁繼電器是可靠性及壽命要求較高的一類密封繼電器,其壽命主要取決于分?jǐn)噙^程的燃弧特性及電弧對觸頭的燒蝕特性。本文建立航天熱力學(xué)環(huán)境下銀觸頭在N2、H2和He氣體中分?jǐn)嚯娀〉娜S磁流體動力學(xué)模型,研究不同分?jǐn)嘁蛩貙﹄娀囟?、電壓、燃弧時間等參數(shù)的影響,研究觸頭燒蝕量與燃弧因素之間的關(guān)系,比較各種適用于航天繼電器的電弧抑制措施對觸頭燒蝕量的減小程度。
　　燃弧氣體和觸頭蒸汽混合等離子體的熱力學(xué)特性和輸運(yùn)系數(shù)是研究電弧特性和觸頭燒蝕

2、特性的前提和基礎(chǔ)。針對銀蒸汽帶來的組份之間碰撞現(xiàn)象,提出了碰撞積分的計算方法。銀原子與中性氣體組份的碰撞采用Lennard-Jones勢描述,碰撞參數(shù)采用組合法獲得;銀原子與氣體離子組份之間、銀離子與氣體中性組份之間的碰撞采用極化勢描述。采用Gibbs自由能最小化原理和Chapman-Enskog估計法給出了200K～20000K溫度范圍內(nèi)任意比例銀蒸汽與N2、H2和He氣體的混合物平衡組份、熱力學(xué)特性和輸運(yùn)系數(shù),解決因電弧等離子體熱力

3、學(xué)特性和輸運(yùn)系數(shù)未知而無法進(jìn)行航天繼電器電弧理論分析與建模仿真的問題。
　　建立了航天熱力學(xué)條件下銀觸頭在N2中分?jǐn)嚯娀〉娜S磁流體動力學(xué)模型。該模型考慮了銀觸頭材料汽化燒蝕、銀蒸汽濃度和弧根區(qū)域鞘層的等效。提出了熱力學(xué)環(huán)境在航天繼電器電弧模型中的描述方法,其中力學(xué)環(huán)境等效為動量方程的體積力,熱學(xué)環(huán)境通過溫度邊界條件、壓力邊界條件及電弧熱力學(xué)特性和輸運(yùn)系數(shù)實現(xiàn)。結(jié)合動態(tài)層鋪法實現(xiàn)了分?jǐn)噙^程溫度場、電場、磁場以及銀蒸汽濃度的耦合求解

4、,研究了不同分?jǐn)鄺l件下電弧電壓、燃弧時間、觸頭燒蝕量等參數(shù),給出了熱力學(xué)環(huán)境對電弧特性和觸頭燒蝕特性的影響規(guī)律。
　　采用航天繼電器分?jǐn)嚯娀∪S磁流體動力學(xué)模型,研究了H2和He作為燃弧氣體、增大氣體壓強(qiáng)、永磁體磁場吹弧等適用于航天繼電器的電弧抑制措施對電弧特性和觸頭燒蝕特性的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明,H2可作為航天繼電器的理想燃弧氣體;增大壓強(qiáng)有利于提高電弧電壓,減少蒸發(fā)燒蝕量,從而提高電壽命;永磁磁場吹弧可縮短燃弧時間、減少觸頭

5、蒸發(fā)燒蝕量。采用H2熄弧、提高氣體壓強(qiáng)及磁場吹弧等措施均能有效地加快電弧熄滅,減輕電弧對觸頭的燒蝕程度。采用高氣壓H2作為燃弧氣體,并配合小體積永磁體吹弧,可有效提高滅弧性能和觸頭分?jǐn)鄩勖?br>　　最后,本文設(shè)計了碰撞式觸頭恒速分?jǐn)嚯娀≡囼炏到y(tǒng),利用高速攝像機(jī)拍攝了分?jǐn)噙^程電弧和銀原子濃度分布圖像,提出了弧根運(yùn)動特性自動提取的圖像處理算法,研究了電弧的形態(tài)及其在磁場作用下的運(yùn)動特性。實驗研究了不同電流、分?jǐn)嗨俣?、外加磁場等因素對電?/p>