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飛行器的工作壽命和可靠運行有重要影響。PILZ繼電器觸頭在分?jǐn)嗷蚪油娐窌r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。

航天皮爾茲PILZ繼電器穩(wěn)態(tài)電弧等離子特性
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，從理論建模和實驗兩方面進(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模型作為工程計算中較適用的等離子體微觀模型。建立了PILZ繼電器觸點斷開過程動態(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)實現(xiàn)了靜態(tài)電弧的仿真，針對觸點間流過直流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繼電器觸點斷開過程中，電弧的熱場、電場及磁場等參量隨觸點間距拉大的變化規(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)，計算了觸點斷開過程中動態(tài)電弧各參數(shù)隨時間的變化規(guī)律。燃弧過程中的觸點電壓波形實測結(jié)果與計算結(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算結(jié)果的對比也間接地驗證計算的準(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)的電弧輸運參數(shù)進(jìn)行了計算和比較：①高純氮氣；②高純氮氣中混入少量銅蒸氣；③高純氮氣中混入少量氧氣；④高純氮氣中混入少量水蒸氣，發(fā)現(xiàn)了雜質(zhì)氣體對電弧的一些影響規(guī)律，為今后計算電弧等離子體其他輸運參數(shù)奠定了基礎(chǔ)。 為了檢驗前述電弧微觀模型，進(jìn)行了電弧光譜實驗，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。該實驗與理論研究互為補(bǔ)充，從實踐上證實了微觀模型里研究的各類粒子的存在，同時也反映出理論模型未計入考慮的其他一些雜質(zhì)離子的存在，根據(jù)其實驗結(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)計并進(jìn)行了一系列實驗。由于電弧的整個引燃過程反映了電弧的實際物理過程，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，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時間變化的曲線。