摘要。本文简要回顾了卫星和航天器的电力推进技术。电力推进器,也称为离子推进器或等离子推进器,与化学推进器相比,其推力较低,但由于能量与推进剂分离,因此可以实现较大的能量密度,因此在太空推进方面具有显著优势。尽管电力推进器的发展可以追溯到 20 世纪 60 年代,但由于航天器上可用功率的增加,该技术的潜力才刚刚开始得到充分发挥,最近出现的全电动通信卫星就证明了这一点。本文首先介绍了电力推进器的基本原理:动量守恒和理想火箭方程、比冲和比推力、性能指标以及与化学推进器的比较。随后,讨论了电源类型和特性对任务概况的影响。根据推力产生过程,等离子推进器通常分为三类:电热、静电和电磁装置。通过讨论电弧喷射推进器、MPD 推进器、脉冲等离子推进器、离子发动机以及霍尔推进器及其变体等长期存在的技术,介绍了这三个组以及相关的等离子放电和能量传输机制。随后讨论了更先进的概念和性能改进的新方法:磁屏蔽和无壁配置、负离子推进器和磁喷嘴等离子加速。最后,分析了各种替代推进剂方案,并研究了近期可能的研究路径。
军用飞机需要越来越多的动力。气动和液压系统正在被电气设备取代,飞机上引入了新的耗电设备。增加的功率提取给飞机喷气发动机带来了新的挑战,无论是在可操作性方面还是在发动机性能方面。本论文描述了传统低涵道比混流涡扇发动机的发动机性能如何受到高压轴、低压轴或两者组合的功率提取的影响。查尔姆斯公司内部工具开发了一种双转子低涵道比混流涡扇发动机,用于评估飞行包线不同部分的发动机性能。为了评估飞机/发动机相互作用对飞行性能的影响,还开发了一种飞机性能工具。当从 HP 或 LP 轴提取功率时,需要增加涡轮进气温度。如果从高压轴提取功率,则温度升高幅度更大,从而增加了比推力和比油耗。当发动机接近或处于最大涡轮入口温度极限时,无论是从高压轴还是低压轴提取功率,功率提取都会对发动机性能产生不利影响,但如果从高压轴提取功率,推力降低将更为显著。当发动机接近或处于最大总压比极限时,如果从发动机可操作性角度来看所需的温度升高是可以接受的,则高压轴功率提取导致的推力降低比低压轴功率提取的情况更为温和。关键词:战斗机性能、发动机性能、低涵道比、混流、涡扇发动机、功率提取
任务说明美国国家科学、工程和医学院将召集一个特设委员会,确定开发和演示未来探索任务所需的空间核推进技术的主要技术和项目挑战、优点和风险。事实证明,核推进可以为人类快速前往火星提供潜力,单程时间少于 9 个月,包括在火星表面停留的总往返时间少于 3 年。委员会还将确定每项技术的关键里程碑和顶层开发与演示路线图。此外,委员会还将确定成功开发每项技术可实现的任务。具体感兴趣的空间核推进技术包括:1. 高性能核热推进 (NTP),将氢推进剂加热到 2500K 或更高,产生至少 900 秒的比推力。 2. 核电推进 (NEP) 将热能转换为电能,为等离子推进器提供动力,用于高效快速地运输大型有效载荷(例如,功率水平至少为 1 MWe 且质量功率比(kg/kWe)远低于当前 NEP 系统水平的推进系统)。 行动计划 本研究应检查任务说明中所述的开发和演示 NTP 和 NEP 系统的优点和挑战。此项审查应考虑以下因素: 关键的技术和计划挑战和风险; 全尺寸系统级地面演示测试的选项; 放弃地面演示测试而进行飞行演示测试的优缺点; 开发一种燃料元件形式或其他反应堆子系统的前景,这些子系统可能对 NTP、NEP 和国防部战略能力办公室正在考虑开发的移动式 1-10 MW 功率反应堆中的至少两个是通用的; 选择高浓缩铀(HEU)而不是高含量低浓缩铀(HALEU)作为裂变材料所涉及的技术、计划和政策考虑; 美国国家航空航天局、能源部和工业界开发关键子系统技术以准备进行任务注入的能力(即技术就绪级别 6);以及 关键里程碑和顶层开发及演示路线图。