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胶体推进器具有一般电推进的特点:1、比冲高,可通过节约推进剂的使用量而降低发射成本或增加有效载荷的比重;2、推进引起的振动小,点火期间对航天器振动干扰小;3、对航天器的控制精度高;4、寿命长。
胶体推进器的特点在于小,胶体推进器可提供微牛级推力,比冲较高,效率高,功率小,约在0.01瓦到几瓦的范围内,推进器质量小,胶体推进器工作电压在1KV到3KV左右,不是很高。
胶体推进器的推进部分没有机械运动部件,但是在推进剂供给系统中可能出现微机械部件,例如清华大学研制的胶体推进器使用了微薄膜泵来提供推进剂,这可能会影响到胶体推进器的寿命。但是由于胶体推进器使用的是液体推进剂,也不需要将其加热到气态,所以总的来讲它的推进剂储存和供给还是比较简单的。
与霍尔推进器或离子推进器相比,胶体推进器的寿命更长。
胶体推进器属于静电式电推进器,因此具有静电式推进的一些特点,例如需要加装中和器,需要考虑羽流污染问题等。
总的来说,由于胶体推进器的推力小,功率小,质量小,因此适合于对微卫星、纳卫星等微小卫星的控制。胶体推进器的技术还未成熟,但是从长远看来,这是一种很有潜力,能够被广泛使用的推进器。
1917年,有科学家发现在给予一定的流量和电压后,在毛细管口的液体会形成一个锥状凸起。直到1964年,这个锥形结构才首次被泰勒赋予理论上的解释。他发现有良好导电性能的液体会形成一个锥形的等电势面,锥形的产生是因为电场力和液体的表面张力互相平衡的而导致的。他计算出的这个锥的锥顶半角为49.3°,并且通过实验进行了证实,于是这个锥也被称为泰勒锥。但是他的理论无法解释为何会有射流从锥顶射出。与此同时,美国开始研究胶体推进器,但那时的胶体推进器的目标是预期成为航天器的主推进器,需要很高的推力密度,所以它的工作电压很高,为KV级,这使得他无法同电压较低的离子推进器相竞争。随着阿波罗时代的结束,对这种胶体推进器的研究也逐渐减少,在70年代以后基本上就停止了。
1989年,有研究发现有机大分子可以从泰勒锥中完整的分离出来,90年代以后,随着小卫星的发展和对控制精度要求的提高,胶体推进器的研究重新活跃起来。科学家们对泰勒锥,射流,以及锥顶结合部分进行了研究,但是对于胶体推进器中发生喷射的原理及其复杂性还不能完全认识。因此在研究胶体推进器的过程中,主要是通过大量实验积累数据来寻找规律。
胶体推进器已经做出实物,2005年BUSEK公司的胶体推进器将搭载在美国ST7卫星上进行飞行试验。2006年,还将搭载在NASA和欧空局合作的smart2 上进入太空进行飞行试验。2100433B
胶体推进器(Colloid Thruster)是电推进的一种,属于电推进中的静电推进。它的原理和场发射离子推进器(FEEP)非常相似,不采用气相电离,而是利用静电场从液态的推进剂中分离出带电的离子或颗粒,再用静电场把它们加速喷射出去。不同的是FEEP分离的是液态金属中的离子,而胶体推进器分离的是非金属溶胶中的亚微米尺度的带电颗粒。
有必要区分胶体微推进器和胶体化学推进器,某些时候胶体推进器指的是胶体化学推进器,它是介于使用液体推进剂和固体推进剂之间的火箭推进器,它和大型火箭的推进器只有推进剂上的不同;而这里特制胶体微推进器,属于电推进。
胶体是物质的一种分散状态,不论在任何物质,只要以1-100nm之间的粒子分散于另一物质中时,就成为胶体。分散质粒子直径小于1nm的称为溶液,分散质粒子直径大于100nm的称为悬浊液、乳浊液。由于溶胶胶核常常选择性地吸附作为稳定剂的某种离子,而使其表面带有电荷。溶胶胶核总是选择吸附与其组成相类似的离子。例如Fe(OH)3溶胶,其胶核吸附稳定剂FeO Cl-中的FeO 而带正电荷。
推进剂在一个毛细管中,毛细管接高电势,称作发射极,正对毛细管口有一个抽取极,接低电势,推进剂在电场的作用下向管口外伸出,形成一个锥形,称为泰勒锥(Taylor Cone),锥顶半角为49.3°。在这个由推进剂形成的锥面上,电势是相等的。电压达到一定程度的时候,锥顶的推进剂形成一股射流,向抽取极方向喷射出去,射流由带正电的小液滴组成,直径约在几十个纳米。射流通过抽取极后,继续在抽取极和加速极之间被加速,从推进器出口喷射出去。同时,有一个中和器发射电子对喷出的带正电的液滴进行中和。
在泰勒锥顶射出的射流有可能是离子,也可能是带电的小液滴,也可能是两者的结合。这对推进器性能有一定的影响,一般认为,如果射出离子,会降低射流带电量和质量的比值,从而降低推进器的比冲。
直流推进器,尾管推进器,液压推进器,液压马达,蜗轮推进器。、
推进器又叫助推器,是为航天飞机在发射升空前两分钟内提供推力的一对固体火箭助推器,安装在外储箱两侧。在一些科幻节目也可见,比如有氮气加速推进器用于推动船艇运动的装置。陆军船艇推进器主要有螺旋桨推进器和喷...
快艇喷水式推进器好和螺旋桨推进器各有优点。喷水式推进器:是利用喷出的水反作用来产生推力的推进器。喷水推进器由水泵、吸水管道、喷水管道所组成,利用水泵作动力,将水从船底孔吸入,经舷部管子,把水从船后方向...
胶体凝胶与胶体玻璃的对比研究
文章介绍了在物理凝聚态研究中,采用胶体作为模型体系,通过实验的手段去研究并介绍胶体凝胶以及胶体玻璃的一些基本的概念、特征,并对二者的动力学差异、形成机制方面进行了比较讨论研究.
推进器是交通工具的推进设备,是将交通工具上动力装置提供的动力转换成推力,推进交通工具前行。
按照交通工具的不同,有航空推进器、航天推进器、船舶推进器。
按照原理不同,有螺旋桨推进器、喷气推进器、喷水推进器、特种推进器。
在螺旋桨推进器中又有水螺旋桨推进器和空气螺旋桨推进器之分,水螺旋桨是船舶上用的,属于船舶推进器 一类中;空气螺旋桨是飞机、直升飞机上应用的,属于航空推进器一类。
特种推进器又有许多种类,有变距螺旋桨推进器、叶片几何变异推进器 、导管螺旋桨、直翼推进器、喷射推进器、离子推进器、磁流体推进器、超导磁流体推进器等。
推进器在船舶、航空等领域应用的较为广泛,主要是用来推动船舶、船艇前进的,其推动器的种类繁多,螺旋桨推进器、电动船用推进器、航空推进器、喷水推进器等等,每一种都有它特殊的用途及特点。
第一、推进器其结构简单,而且体积比较小,占用的面积及很小,因此,在应用的时候较为灵活,也体现了绿色环保的概念。
第二、该推动器的材质一般采用铝合金材料,这种材料具有很好的防腐性,其防腐性能高,而且也能够抵抗一定的水下冲击力。
第三、推进器中的螺旋桨含有三片刀片状,其转动的速度快,能够保证其工作效率。
第四、推进器还可以防止水中的一些水草的缠绕,能够减少故障的发生,而且该推动器的维护也比较方便,只要平时注意一些即可。
第五、采用高性能的马达以及蓄电池,提高了机器的工作效率,也使得其能够节约一定的电,其使用寿命较长。
第六、推进器其把手是可伸缩的,使用的时候非常的方便,还可以进行远距离的操作,而且在其安装的时候也非常的方便。
在一些科幻节目也可见,比如有氮气加速推进器
用于推动船艇运动的装置。陆军船艇推进器主要有螺旋桨推进器和喷水推进器两种。
螺旋桨推进器 简称螺旋桨。螺旋桨安装在船艇尾部水线以下的推进轴上,由主机带动推进轴一起转动,将水从桨叶的吸入面吸入,从排出面排出,利用水的反作用力推动船艇前进。螺旋桨分为固定螺距螺旋桨和可调螺距螺旋桨。①固定螺距螺旋桨。由桨毂和桨叶组成。桨叶一般为3~4片(见图1)。桨叶临近桨毂部分称叶根,外端称叶梢,正车运转时在前的一边称导边,在后的一边称随边,螺旋桨盘面向船尾一面称排出面,向船首一面称吸入面。在固定螺距螺旋桨外缘加装一圆形导管,即为导管螺旋桨。导管可提高螺旋桨的推进效率,但倒车性能较差。导管螺旋桨又可分为固定式和可转式。固定式导管螺旋桨使船艇回转直径增大,可转式导管螺旋桨能改善船艇回转性能。②可调螺距螺旋桨。通过桨毂内的曲柄连杆机构带动桨叶转动,在不改变推进轴的转速和运转方向的情况下,改变桨叶的角度,即可改变推进器的推进功率和推进方向。螺旋桨构造简单,工作可靠,效率较高,是船艇的主要推进器。现代船艇的螺旋桨多采用大盘面比、适度侧斜、径向不等螺距和较多桨叶等结构形式,以减小在船尾不均匀伴流场中工作时,可能产生的空泡、剥蚀、噪声和过大的激振力。在一些高速船艇上则采用超空泡翼型螺旋桨。用于全垫升气垫交通艇的空气螺旋桨与固定螺距螺旋桨相似,是利用空气的反作用力推动船艇前进。
喷水推进器 由水泵、吸水管道和喷水管道组成(见图2)。前进时,水泵自船底吸水管道吸进水流,从喷水管道高速喷出,获得水流的反作用力,推动船艇前进。倒航时,将装置在喷水管道口上方的倒车斗放入水中,高速水流进入倒车斗后,将向后方喷射的水流反射成向前的水流,在不改变主机旋转方向的情况下使船艇倒航。喷水推进器具有良好的浅水推进效率和操纵性能,较低的噪声和振动,是浅水船艇采用较多的推进装置。
图1 固定螺距螺旋桨示意图
图2 喷水推进器示意图
矢量推进器
广义上可以指所有采用推力矢量技术的推进器,狭义上一般指飞行器上采用推力矢量技术的推进器。简而言之,推力矢量技术就是通过偏转发动机喷流的方向,从而获得额外操纵力矩的技术。我们知道,作用在飞机上的推力是一个有大小、有方向的量,这种量被称为矢量。然而,一般的飞机上,推力都顺飞机轴线朝前,方向并不能改变,所以我们为了强调这一技术中推力方向可变的特点,就将它称为推力矢量技术。
不采用推力矢量技术的飞机,发动机的喷流都是与飞机的轴线重合的,产生的推力也沿轴线向前,这种情况下发动机的推力只是用于克服飞机所受到的阻力,提供飞机加速的动力。
采用推力矢量技术的飞机,则是通过喷管偏转,利用发动机产生的推力,获得多余的控制力矩,实现飞机的姿态控制。其突出特点是控制力矩与发动机紧密相关,而不受飞机本身姿态的影响。因此,可以保证在飞机作低速、大攻角机动飞行而操纵舵面几近失效时利用推力矢量提供的额外操纵力矩来控制飞机机动。第四代战斗机要求飞机要具有过失速机动能力,即大迎角下的机动能力。推力矢量技术恰恰能提供这一能力,是实现第四代战斗机战术、技术要求的必然选择。
普通飞机的飞行迎角是比较小的,在这种状态下飞机的机翼和尾翼都能够产生足够的升力,保证飞机的正常飞行。当飞机攻角逐渐增大,飞机的尾翼将陷入机翼的低能尾流中,造成尾翼失速,飞机进入尾旋而导致坠毁。这个时候,纵然发动机工作正常,也无法使飞机保持平衡停留在空中。
然而当飞机采用了推力矢量之后,发动机喷管上下偏转,产生的推力不再通过飞机的重心,产生了绕飞机重心的俯仰力距,这时推力就发挥了和飞机操纵面一样的作用。由于推力的产生只与发动机有关系,这样就算飞机的迎角超过了失速迎角,推力仍然能够提供力矩使飞机配平,只要机翼还能产生足够大的升力,飞机就能继续在空中飞行了。而且,通过实验还发现推力偏转之后,不仅推力能产生直接的投影升力,还能通过超环量效应令机翼产生诱导升力,使总的升力提高。
装备了推力矢量技术的战斗机由于具有了过失速机动能力,拥有极大的空中优势,美国用装备了推力矢量技术的X-31验证机与F-18做过模拟空战,结果X-31以1:32的战绩遥遥领先于F-18。
使用推力矢量技术的飞机不仅其机动性大大提高,而且还具有前所未有的短距起落能力,这是因为使用推力矢量技术的飞机的超环量升力和推力在升力方向的分量都有利于减小飞机的离地和接地速度,缩短飞机的滑跑距离。另外,由于推力矢量喷管很容易实现推力反向,飞机在降落之后的制动力也大幅提高,因此着陆滑跑距离更加缩短了。
如果发动机的喷管不仅可以上下偏转,还能够左右偏转,那么推力不仅能够提供飞机的俯仰力矩,还能够提供偏航力矩,这就是全矢量飞机。
推力矢量技术的运用提高了飞机的控制效率,使飞机的气动控制面,例如垂尾和立尾可以大大缩小,从而飞机的重量可以减轻。另外,垂尾和立尾形成的角反射器也因此缩小,飞机的隐身性能也得到了改善。
推力矢量技术是一项综合性很强的技术,它包括推力转向喷管技术和飞机机体/推进/控制系统一体化技术。推力矢量技术的开发和研究需要尖端的航空科技,反映了一个国家的综合国力,目前世界上只有美国和俄罗斯掌握了这一技术,F-22和Su-37就是两国装备了这一先进技术的各自代表机种。