第31卷，第12期 2011年12月
光谱学与
光谱分析
Spectroscopy and Spectral Analysis
肼电弧增强推力器羽流温度光谱诊断
侯凌云，贾云涛
清华大学航天航空学院，北京
100084
Vol.31,No.12.pp3281-3284
December, 2011
摘要建立了一套光谱温度诊断系统，对以肼继化分解产物为推进剂的电强增强推力器羽流信号进行了光谱温度诊断，基于谱线的绝对强度法得到对应不同波长的激发温度，由玻尔兹曼图法获得各条谱线的平均激发温度。结果表明：肼电氯增强推力器剂流中心激发温度最高，沿径向方向迅速下降；羽流的热力学非平衡态程度随径向距离增大和电流减小面降低；羽流温度随肼催化分解混合气中氨气比例增加面升高。
电弧增强推力器；肼；催能化分解产物；温度光谱诊断
关键词
中图分类号：0536
引言
文献标识码：A
DOI: 10, 3964/j. issn. 10000593(2011)12-3281-04
种接触测温法，曾应用在电弧加热发动机的羽流诊断中[8.]，但它严重干扰流场，测量误差大；激光诱导荧光法设备造价昂贵，谱线宽度的确定存在一定误差(10)，发射光谱法不需外
耕推进剂普追采用在现有的化学推力器上，也是电强加热推力器可选用的推进剂之一。推进剂的贮存、供给管路、基至推力器都可以共用，采用电弧增强推力器后，比冲可由原有化学推力器的200~220s提高到500~600s，因此肼电弧推力器与化学推力器不仅具有较好的兼容性，而且性能有所提高[1.2)1993年美国将其研制的胖电渠推力器MR508 首次成功安装在TelsatIV(401)卫星上后，目前肼电弧推力器已应用在30多颗同步卫星上[)。在国内，电弧推力器的研
-工质或混合工质展开性能研究(*)，但在肼
究大多针对单
电弧推力器工程实际应用以及系统集成方面还有所欠缺。因此为延长卫星推力器寿命，开展肼催化分解产物电弧增强推力器的研究对于实用化具有重要意义。
肼在化学推力器中发生催化分解反应，释放热量，其排出产物为分解产物，它可作为电强增强推力器的推进剂。电弧增强推力器利用阴阳板之间形成的高温电弧加热肼催化分解产物，电强中心温度高达上万度，使推进剂呈现等离子体态，经阳极（超音速喷管）加速后产生推力。
由于电弧加热推力器内电弧的运行过程十分复杂，特别是对于以混合物为工质的电弧推力器而言更是如此。目前的理论分析还存在很多假设，试验研究还是一个有效手段，在别流(推力器出口射流)参数的测量中，由于羽流温度高、速度快，温度测量往往是比较困难的。对于处于等离子态羽流温度的诊断方法有接触式(如静电探针法)和非接触式(如激光诱导荧光法和发射光谱法等）两类方法，静电探针法是
收稿日期：2010-11-08，修订日期：2011-03-06
基金项目：国家自然科学基金项目(60574031)资助
作者简介：筷凌云，女，1972年生，清华大学航天航空学院副教授万方数据
加激光源，常被用作等离子体射流的诊断(1-13)。本文采用高分辨率的光谱诊断系统，以肼催化分解产物（氮气和氨气的混合物)为推进剂，对电渠增强推力器的剂流进行全波段扫描和温度诊断。
测量原理
由于电弧推力器的羽流常常处于等离子体状态，它们的光谱一般是由较强的分离谱谐线和较弱的连续谱谱底构成，分离线状谱线是由于重粒子的外层电子从高能级向低能级跃迁形成，不同的重粒子具有不同的特征谱线系。
若只考虑等离子体的自发发射时，谱线的发射系数&和相应的谱线激发温度T，可以表示为
Aug-2T
E
exp/-
(1)
,
KT,
4元
其中；h是普朗克常数，即6.63×10-"J·s:>为特征谱线频率（s"1)；A为从高能级向低能级的跃迁几率；g.为高能级a的统计权重；n为粒子数密度；Z(T)为配分雨数： E为高能级*的能量；k为玻耳兹受常数，1.38×10-3」， K-1
以上公式是利用某条谱线的绝对值求得等离子体的温度，这就是所谓的绝对强度法。对应不同波长的激发温度T 通过测量谱线发射系数&由式(1)可求出。如果把式(1)稍加整理并取对数，可得
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