航天繼電器穩(wěn)態(tài)電弧等離子體電離過程與電弧特性研究.pdf

1、隨著宇航技術(shù)的飛速發(fā)展，我國的載人航天技術(shù)日臻成熟，深空探索成為重要的發(fā)展發(fā)向。航天繼電器是深空探測的各類飛行器上使用最多的零部件，其壽命和工作可靠性對整個飛行器的工作壽命和可靠運行有重要影響。繼電器觸頭在分?jǐn)嗷蚪油娐窌r都有可能在觸頭間發(fā)生電弧，它會使觸頭工作條件劣化，極大地影響著航天繼電器的工作壽命與可靠性。因此，進行航天繼電器電弧特性的研究，對于提高繼電器工作壽命、增強繼電器工作的可靠性具有重要意義。 電弧現(xiàn)象是一個由來已

2、久的問題，這方面國內(nèi)外研究者做了大量的工作，但大多數(shù)研究是從宏觀角度開展的，從微觀角度來研究卻少有人涉及。電弧等離子體的微觀模型對于人們深入了解其內(nèi)部物理過程有很大幫助，對研究電弧等離子體的宏觀過程也有輔助的作用，但長期以來此方面的研究比較零散。本文針對航天繼電器的觸頭燃弧現(xiàn)象，從理論建模和實驗兩方面進行了研究。首先集中總結(jié)了幾種主要的等離子體微觀模型，介紹了其理論構(gòu)架，闡述了在等離子體處于完全熱平衡態(tài)和局域熱平衡態(tài)時模型的變化，對各模

3、型進行了簡要的分析比較，并推薦了Eindhoven 模型作為工程計算中較適用的等離子體微觀模型。 其次根據(jù)道爾頓分壓定律、質(zhì)量作用定律、電荷準(zhǔn)中性條件和化學(xué)計量平衡條件建立了航天繼電器電弧微觀模型，得到關(guān)于各類粒子數(shù)密度的非線性方程組，結(jié)合具體電弧溫度值進行了求解，并對幾種特定氣氛下兩種電弧狀態(tài)——完全熱平衡態(tài)和局域熱平衡態(tài)的電弧輸運參數(shù)進行了計算和比較：①高純氮氣；②高純氮氣中混入少量銅蒸氣；③高純氮氣中混入少量氧氣；④高純氮

4、氣中混入少量水蒸氣，發(fā)現(xiàn)了雜質(zhì)氣體對電弧的一些影響規(guī)律，為今后計算電弧等離子體其他輸運參數(shù)奠定了基礎(chǔ)。 為了檢驗前述電弧微觀模型，本文進行了電弧光譜實驗，分析了航天繼電器電弧等離子體在前述幾種特定氣氛下所發(fā)出的光譜。該實驗與理論研究互為補充，從實踐上證實了微觀模型里研究的各類粒子的存在，同時也反映出理論模型未計入考慮的其他一些雜質(zhì)離子的存在，根據(jù)其實驗結(jié)果可對理論模型進行修正。 為研究電弧燃燒的宏觀特性，本文設(shè)計并進行了