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航天皮爾茲PILZ繼電器穩(wěn)態(tài)電弧等離子特性
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PILZ繼電器是深空探測的各類飛行器上使用zui多的零部件，其壽命和工作可靠性對整個(gè)飛行器的工作壽命和可靠運(yùn)行有重要影響。PILZ繼電器觸頭在分?jǐn)嗷蚪油娐窌r(shí)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PILZ繼電器的工作壽命與可靠性。

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因此，進(jìn)行航天PILZ繼電器電弧特性的研究，對于提高PILZ繼電器工作壽命、增強(qiáng)PILZ繼電器工作的可靠性具有重要意義。電弧現(xiàn)象是一個(gè)由來已久的問題，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。針對航天PILZ繼電器的觸頭燃弧現(xiàn)象，從理論建模和實(shí)驗(yàn)兩方面進(jìn)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*熱平衡態(tài)和局域熱平衡態(tài)時(shí)模型的變化，對各模型進(jìn)行了簡要的分析比較，并推薦了Eindhoven模型作為工程計(jì)算中較適用的等離子體微觀模型。建立了PILZ繼電器觸點(diǎn)斷開過程動態(tài)電弧的磁流體動力學(xué)模型，采用FLUENT軟件進(jìn)行二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)了靜態(tài)電弧的仿真，針對觸點(diǎn)間流過直流5A的小電流的情況，仿真了穩(wěn)定燃燒電弧的熱場、電場以及磁場的結(jié)果，給出了PILZ繼電器觸點(diǎn)斷開過程中，電弧的熱場、電場及磁場等參量隨觸點(diǎn)間距拉大的變化規(guī)律。結(jié)合該磁流體動力學(xué)模型與動態(tài)層方法的動網(wǎng)格技術(shù)，計(jì)算了觸點(diǎn)斷開過程中動態(tài)電弧各參數(shù)隨時(shí)間的變化規(guī)律。燃弧過程中的觸點(diǎn)電壓波形實(shí)測結(jié)果與計(jì)算結(jié)果具有較好的*性，采用高速攝像機(jī)拍攝的電弧圖像與計(jì)算結(jié)果的對比也間接地驗(yàn)證計(jì)算的準(zhǔn)確性。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(jì)量平衡條件建立了航天PILZ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(jìn)行了求解，并對幾種特定氣氛下兩種電弧狀態(tài)——*熱平衡態(tài)和局域熱平衡態(tài)的電弧輸運(yùn)參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算和比較：①高純氮?dú)?；②高純氮?dú)庵谢烊肷倭裤~蒸氣；③高純氮?dú)庵谢烊肷倭垦鯕?；④高純氮?dú)庵谢烊肷倭克魵?，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(jì)算電弧等離子體其他輸運(yùn)參數(shù)奠定了基礎(chǔ)。 為了檢驗(yàn)前述電弧微觀模型，進(jìn)行了電弧光譜實(shí)驗(yàn)，分析了航天PILZ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(shí)驗(yàn)與理論研究互為補(bǔ)充，從實(shí)踐上證實(shí)了微觀模型里研究的各類粒子的存在，同時(shí)也反映出理論模型未計(jì)入考慮的其他一些雜質(zhì)離子的存在，根據(jù)其實(shí)驗(yàn)結(jié)果可對理論模型進(jìn)行修正。為研究電弧燃燒的宏觀特性，設(shè)計(jì)并進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)。由于電弧的整個(gè)引燃過程反映了電弧的實(shí)際物理過程，對這一過程進(jìn)行了高速攝影。根據(jù)拍攝的照片進(jìn)行數(shù)字圖象處理，得到電弧的一些宏觀參數(shù)如弧根半徑、弧柱半徑、弧長、燃弧時(shí)間等。

航天皮爾茲PILZ繼電器穩(wěn)態(tài)電弧等離子特性
由于航天PILZ繼電器觸點(diǎn)對不同性質(zhì)負(fù)載的切換能力不同，對不同負(fù)載下的電弧形態(tài)進(jìn)行了研究，總結(jié)出電弧燃燒的一些規(guī)律。與此同時(shí)，也對觸頭的機(jī)械動作情況進(jìn)行了初步研究，獲得了觸頭分?jǐn)嗨俣入S時(shí)間變化的曲線。