电推力器电磁辐射测试透波副舱性能评价

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)兰州空间技术物理研究所 作者:杨福全

  为了获得电推力器工作时的电磁辐射干扰(EMI)数据,通过试验对电推力器的电磁辐射开展测试,测试时推力器必须工作在具有良好透波性的真空副舱内,根据此需求研制了一种集成于现有不锈钢真空室主舱的玻璃纤维透波副舱,针对研制的透波副舱设计指标,提出了从透波率、工作热特性和系统极限真空等方面开展透波副舱综合性能评价的方法。通过测试获得的透波副舱工作特性以及分析评价结果,为透波副舱用于推力器产品电磁辐射试验提供了可靠依据。

0、引言

  电推力器工作时产生的电磁辐射对航天器的通信、制导、导航、有效载荷以及其他电子设备会造成潜在的影响。要实现电推进在星上的应用,必须对电推力器产生的电磁干扰充分了解,而试验是最直接有效的方法。通过试验结果可以评估电推力器产生的电磁辐射对星上其他系统的影响程度,并且找出防护和减轻电磁干扰的措施。

  由于电推力器工作的特殊性,在电推力器电磁辐射试验时,推力器必须工作在具有透波功能的真空副舱内。国外开展的电推力器电磁辐射试验普遍采用真空透波副舱。针对试验卫星和通信卫星平台离子推力器电磁辐射测试试验需求,结合现有TS-6试验系统结构,研制了玻璃纤维复合材料透波真空副舱。

  由于透波副舱既要满足透波率要求,又要达到跟主舱组装后的系统极限真空要求,而且必须具有良好的外压稳定性和耐热性,而这类集综合性能为一身的玻璃纤维复合材料产品的研制尚未达到十分成熟的程度,因此非常有必要对研制完成后的透波副舱综合性能进行评价。通过评价验证设计参数的正确性,掌握透波副舱在工作条件下的特性,为电推力器电磁辐射试验提供可靠的保障条件。主要进行的透波副舱性能评价项目有透波率测试评价、极限真空测试评价和工作热特性测试评价。

1、设计概述

  1.1、技术要求

  根据透波副舱使用要求,提出的功能和性能要求主要体现在5个方面:(1)提供与不锈钢主真空室连接接口;(2)在工作条件下的结构强度应满足3倍安全系数要求;(3)与TS-6试验设备连接后的系统极限真空度:6.7×10-4Pa;(4)在80℃工作环境温度下,保证结构的稳定性和密封性;(5)频率为1~3.0GHz电磁波透过率逸80%,3.0~5.0GHz电磁波透过率逸65%。

  1.2、设计要求

  透波副舱设计为圆柱形,一端面为球形封头,另一开口端面通过活套法兰与TS-6不锈钢主真空室连接。透波副舱采用玻璃短纤维增强热固树脂复合材料结构制作。为了增加结构刚性,设计了周向加强筋。副舱主体壁厚6mm。为了保证透波副舱的真空性能,在内壁敷了一层气密薄膜。

  电推力器电磁辐射测试时,测试天线位于推力器出口平面上,因此透波副舱透波率测试选择与电推力器电磁辐射测试相同的位置进行,如图1所示。

透波副舱透波率测试方位示意图

图1 透波副舱透波率测试方位示意图

  3.3、工作热特性测试结果评价

  在图4的3个测温点上测得的温度与时间的关系曲线如图7所示。从曲线上看出,推力器引出束流后大约工作4h,透波副舱各部分基本达到热平衡,温度不再发生明显变化。热平衡后推力器支架上的测温点2温度最高,达到48.5益。从测试曲线可以得出以下结论:

工作环境温度测试曲线

图7 工作环境温度测试曲线

  (1)透波副舱(包括推力器支架)的实际工作温度远低于设计工作温度要求(臆80益),因此推力器工作热环境不影响复合材料的结构稳定性;

  (2)测温点3与测温点1相比温度始终较高,这是由于测温点3所在的区域获得的推力器和羽流的辐射热远大于测温点1;

  (3)在测温开始1.5h内,测温点2的温升比测温点3缓慢,而1.5h之后测温点2的温度高出了测温点3。分析认为有两个原因导致该结果:一是在工作初期推力器安装环温度还较低,再加上玻璃纤维支架的热传导较差,而辐射传递热量较快,所以此时间段测温点2的温度比测温点3高;二是由于测温点2所处的区域距离推力器较近,而且通过辐射和传导两种方式从推力器获得热量,工作一段时间后,随着推力器安装环的温度升高,测温点2所处区域获得热量增大,因此温度升高超过了测温点3。

4、结论

  针对电推力器EMI试验透波副舱设计要求,从透波率、极限真空度和工作热特性三个方面,采用测试手段对其进行了其综合性能的评价。通过测试获得了透波副舱在工作条件下的特性,并验证了透波副舱设计的合理性和正确性。研制和评价后的透波副舱已用于推力器研制任务要求的电磁辐射测试试验,使用效果良好。

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