(麻省理工)电力推进—等离子体(以及电弧)引擎概述
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等离子发动机算式等离子发动机(Plasma Engine)是一种以等离子体作为推进剂的发动机。
它利用电离气体产生的等离子体的高温高压特性,以产生推力,用于航天器或飞行器的推进。
本文将介绍等离子发动机的工作原理、应用领域、优点和挑战等方面,以及相关的计算公式。
一、工作原理等离子发动机的工作原理基于电离气体的物理特性。
当气体中的原子或分子受到高能电子或能量释放时,它们将失去或获得电子,从而形成电离态的气体,即等离子体。
等离子体具有高温高压、电磁性和导电性等特性,能量较高的等离子体可以产生较大的推力。
等离子发动机利用电离气体产生等离子体,并通过电磁场将等离子体加热到高温高压状态。
然后,利用磁场或电场的力来加速和排斥等离子体,并通过喷嘴将高温高压气体喷出,从而产生推力。
等离子体排出后,通过引擎的后向反作用力使航天器或飞行器前进。
二、应用领域等离子发动机主要应用于太空探索领域,特别是对于长时间太空探索任务具有重要意义。
由于等离子发动机具有高效推进、高经济性和长寿命等优点,因此被用于推动航天器在太空中进行精确的姿态控制、推进和轨道修正。
此外,等离子发动机还可用于科学实验室的等离子体物理实验研究。
三、优点和挑战等离子发动机相较于传统火箭发动机具有以下优点:1.高效推进:等离子发动机能够将燃料的利用效率提高到60-70%以上,远高于传统火箭发动机的20-30%。
2.长寿命:等离子发动机的电离器和喷嘴由于不直接暴露在高温高压的燃烧气体中,因此寿命更长,维护成本更低。
3.节省燃料:等离子发动机所需燃料量相对较少,能够在长时间航天任务中进行持续推进。
等离子发动机也面临一些挑战:1.高能耗:为了产生足够高的温度和压力,等离子发动机需要耗费大量的电能,因此能源供应是一个关键挑战。
2.产生电磁辐射:高能等离子体的产生和加速过程会产生电磁辐射,对航天器的其他设备和电子系统可能造成干扰,需要额外的电磁屏蔽措施。
3.研发和制造成本高:由于等离子发动机属于先进技术,研发和制造成本相对较高,限制了其大规模应用的进程。
等离子体一、等离子体介绍:等离子体又叫做电浆,是由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气体状物质,它广泛存在于宇宙中,常被视为是除去固、液、气外,物质存在的第四态。
等离子体是一种很好的导电体,利用经过巧妙设计的磁场可以捕捉、移动和加速等离子体。
等离子体物理的发展为材料、能源、信息、环境空间,空间物理,地球物理等科学的进一步发展提新的技术和工艺。
等离子体(Plasma)是一种由自由电子和带电离子为主要成分的物质形态,广泛存在于宇宙中,常被视为是物质的第四态,被称为等离子态,或者“超气态”,也称“电浆体”。
等离子体具有很高的电导率,与电磁场存在极强的耦合作用。
等离子体是由克鲁克斯在1879年发现的,1928年美国科学家欧文·朗缪尔和汤克斯(Tonks)首次将“等离子体”(plasma)一词引入物理学,用来描述气体放电管里的物质形态[1]。
严格来说,等离子体是具有高位能动能的气体团,等离子体的总带电量仍是中性,借由电场或磁场的高动能将外层的电子击出,结果电子已不再被束缚于原子核,而成为高位能高动能的自由电子。
等离子体是物质的第四态,即电离了的“气体”,它呈现出高度激发的不稳定态,其中包括离子(具有不同符号和电荷)、电子、原子和分子。
其实,人们对等离子体现象并不生疏。
在自然界里,炽热烁烁的火焰、光辉夺目的闪电、以及绚烂壮丽的极光等都是等离子体作用的结果。
对于整个宇宙来讲,几乎99.9%以上的物质都是以等离子体态存在的,如恒星和行星际空间等都是由等离子体组成的。
用人工方法,如核聚变、核裂变、辉光放电及各种放电都可产生等离子体。
分子或原子的内部结构主要由电子和原子核组成。
在通常情况下,即上述物质前三种形态,电子与核之间的关系比较固定,即电子以不同的能级存在于核场的周围,其势能或动能不大。
等离子体由离子、电子以及未电离的中性粒子的集合组成,整体呈中性的物质状态.普通气体温度升高时,气体粒子的热运动加剧,使粒子之间发生强烈碰撞,大量原子或分子中的电子被撞掉,当温度高达百万开到1亿开,所有气体原子全部电离.电离出的自由电子总的负电量与正离子总的正电量相等.这种高度电离的、宏观上呈中性的气体叫等离子体.例如:等离子体造就的宇宙和自然奇观闪电极光星云太阳表面二、磁场对等离子体的运动影响:单粒子运动等离子体中带电粒子之间存在着电力,因此,这些粒子的运动是紧密耦合的。
等离子体技术简介等离子体技术是一种基于等离子体状态的先进技术,其应用涉及多个领域,包括物理学、化学、材料科学等。
等离子体是一种由高能量粒子(如电子和离子)组成的高度激发态物质,具有极高的热量和能量。
等离子体技术的发展已经在多个领域中带来了重大的进展和突破,包括能源领域、材料领域和医学等。
等离子体技术在能源领域的应用等离子体技术在能源领域的应用十分广泛,包括核融合能源、等离子体切割、等离子体喷涂等。
核融合能源核融合能源是利用等离子体核聚变反应将轻元素(如氢)转化为更重元素(如氦)释放出巨大能量的一种能源形式。
核融合是太阳就是利用的能量产生方式,通过控制等离子体的温度和密度在真空中进行,实现等离子体中元素的聚变反应。
等离子体切割等离子体切割是利用高能等离子体射流来进行的一种材料切割技术,其具有高速、高能效、高精度的特点。
工业上常用的等离子体切割技术包括等离子弧切割和等离子火焰切割。
等离子体喷涂等离子体喷涂是利用等离子体射流将特殊涂料喷涂到材料表面的一种表面处理技术。
等离子体射流的高能量能够提高涂层的附着力和耐磨性,应用广泛于汽车、航空航天、电子等行业。
等离子体技术在材料领域的应用等离子体技术在材料领域的应用主要涉及表面处理、材料改性和薄膜制备等方面。
表面处理等离子体技术可以对材料表面进行清洗、活化和功能化处理。
例如,等离子体脱油技术可以去除材料表面的油污,提高粘接效果。
等离子体活化技术可以增加材料表面的活性官能团,提高涂层附着力。
等离子体功能化技术可以在材料表面引入特定功能化合物,赋予材料特殊的性能。
材料改性等离子体技术可以通过控制等离子体的能量和参数,改变材料的化学组成和物理性质。
例如,等离子体改性可以提高材料的硬度、耐磨性和抗腐蚀性。
此外,等离子体改性还可以改变材料的表面粗糙度和润湿性。
薄膜制备等离子体技术可以制备各种功能薄膜,如防反射膜、硬质膜和导电膜等。
利用等离子体沉积技术,可以实现对材料表面进行定向沉积,获得均匀、致密的薄膜。
等离子推进器的基本原理1. 引言等离子推进器是一种利用电磁力将离子或等离子体排出以产生推力的推进器。
它是目前最先进、最高效的推进系统之一,被广泛应用于航天器、卫星和深空探测器等空间应用中。
本文将详细介绍等离子推进器的基本原理。
2. 等离子体的形成等离子体是由带正电荷的离子和带负电荷的电子组成的高度电离的气体。
在等离子推进器中,等离子体是通过电离气体来产生的。
一般情况下,气体通过电离源(如电离针或电离电极)进行电离,将其中的部分原子或分子电离为正离子和电子。
这些正离子和电子通过电场或磁场的作用被加速,并形成等离子体。
3. 等离子体加速等离子体在等离子推进器中的加速是通过电场或磁场的作用实现的。
3.1 电场加速在电场加速中,等离子体被放置在两个电极之间,形成一个电场。
电场的作用下,正离子和电子受到电场力的驱动,被加速并喷出推进器。
为了确保电场加速的效果,电极之间需要保持一定的电势差。
正离子和电子的加速方向相反,因此在推进器的设计中需要考虑如何使正离子和电子的运动方向一致,以最大程度地利用它们的动能。
3.2 磁场加速在磁场加速中,等离子体通过磁场的作用被加速。
磁场可以通过磁铁或线圈产生。
当等离子体穿过磁场时,正离子和电子的运动轨迹受到磁场力的影响,形成螺旋状轨迹。
通过调整磁场的强度和方向,可以控制等离子体的加速和排出方向。
4. 等离子体排出和推力产生等离子体在被加速后被排出推进器,形成推力。
排出等离子体的过程中,需要注意以下几个因素:4.1 离子排出由于正离子和电子具有相反的电荷,它们在排出过程中会受到相互作用力的影响。
为了最大限度地减小这种相互作用力的影响,推进器通常采用网状的阳极来排出正离子,而电子则通过中性化装置中和。
4.2 离子流束为了产生高效的推力,等离子体需要以高速排出。
离子流束的速度取决于等离子体的加速方式和加速能量。
为了确保离子流束的稳定性和一致性,推进器通常采用多级加速结构,以逐级加速离子。
等离子体等离子体等体又叫做电浆,是由部份电子被剥夺后的及原子被后产生的正负电子组成的离子化气体状物质,它普遍存在于中,常被视为是除去固、液、气外,物质存在的第四态。
等离子体是一种专门好的,利用通过巧妙设计的磁场能够捕捉、移动和加速等离子体。
的进展为材料、能源、信息、环境空间,,地球物理等科学的进一步进展提新的技术和工艺。
简介看似“神秘”的等离子体,实际上是中一种常见的物质,在、、中都存在等离子体,它占了整个宇宙的99%。
21世纪人们已经把握和利用电场和磁场产生来操纵等离子体。
例如焊工们用焊接金属。
等离子体可分为两种:高温和。
低温等离子体普遍运用于多种等离子体生产领域。
例如:,婴儿尿布表面防水涂层,增加啤酒瓶阻隔性。
更重要的是在中的蚀刻运用,让成为现实。
只有在温度足够高时发生的。
和恒星不断地发出这种等离子体,组成了宇宙的99%。
是在下发生的等离子体(尽管电子的温度很高)。
低温等离子体体能够被用于、变性等表面处置或在和上进行沉淀涂层处置。
等离子体(Plasma)是一种由和带电为要紧成份的物质形态,普遍存在于中,常被视为是物质的第四态,被称为等离子态,或“超气态”,也称“电浆体”。
等离子体具有很高的,与存在极强的作用。
等离子体是由在1879年发觉的,1928年美国科学家和汤克斯(Tonks)第一次将“等离子体”(plasma)一词引入,用来描述气体放电管里的物质形态[1]。
严格来讲,等离子体是具有高动能的气体团,等离子体的总带电量仍是中性,借由或磁场的高动能将外层的电子击出,结果电子已再也不被束缚于,而成为高位能高动能的自由电子。
等离子体是物质的第四态,即电离了的“气体”,它呈现出高度激发的不稳固态,其中包括(具有不同符号和电荷)、电子、原子和分子。
其实,人们对等离子表现象并非生疏。
在里,灼热烁烁的火焰、辉煌夺目的、和绚烂壮丽的等都是等离子体作用的结果。
关于整个宇宙来讲,几乎99.9%以上的物质都是以等离子体态存在的,如和行星际空间等都是由等离子体组成的。
等离子体的原理和应用
等离子体是一种由离子和自由电子组成的气体状态,它具有高温、高能、易导电、易感应磁场等特性。
等离子体的产生主要有放电、热力学等方法,其中最常见的放电方式有电弧放电、辉光放电等。
等离子体的应用十分广泛,其中一些重要的应用包括:
1. 等离子体显示技术:利用等离子体的高亮度和色彩鲜艳的特性制造高清晰度的电视和显示器。
2. 等离子体刻蚀技术:利用等离子体的高能和易导电的特性,在半导体微电子加工中进行精准加工。
3. 等离子体医学:利用等离子体的激励光谱技术,对人体组织进行检测和分析,也用于手术切割、消毒等。
4. 等离子体清洗技术:利用等离子体的高能和高密度,清除污垢和杂质,广泛应用于半导体、LCD面板等领域。
5. 等离子体推进技术:利用等离子体的离子推进精度高、效率高、速度快的特性,研发了等离子体推进器,用于航天器的推进。
总之,等离子体的原理和应用在现代科技中扮演着重要的角色,其研究和应用将会继续推动科技的发展。
等离子体推进器的工作原理人们把电火箭推进器称为等离子体推进器,它的特点是推进器的工作物质为电中性的等离子体并在电磁场中被加速。
电火箭中的等离子体具有非常高的电离度,进入推进器的90%~95%的原子被电离成单电荷的离子。
加速等离子体——这要同时加速它的俩种成分:电子和离子。
但是电火箭的特征速度为每秒100千米,电子在加速电位差达到2103-⨯伏时就能轻易的获得这个速度,所以在电火箭里加速电子是不存在问题的。
等离子体推进器实质上就是像离子推进器一样要加速离子。
然而在等离子体推进器中的电子也有重要的作用:在等离子体推进器里原子的电离是借助电子轰击产生的;在加速离子的通道里电子中和了离子的空间电荷,从而消除了空间电荷对等离子体推进器特性可能产生的各种不利的影响,特别应强调指出的是:等离子体推进器内电子在离子加速的过程中同样也起着关键性的作用。
在完全电离的稀薄等离子体中离子的运动方程可写成如下形式:)(B e jn p E e dt d m i i i i⨯+-∇-=νσν (1) 在这里,e i ,ν和i m 分别表示离子的速度、电荷和质量,n 和σ表示等离子体的密度和电导率,E ——电场强度,B——磁感应强度,i p ∇——离子的压强梯度,j——电流密度。
加速离子,也就是增加它的速度值,只能借助于离子运动方程(1)右边的前三种力,第四种力即洛伦兹力只能改变速度的方向。
相应的,电场力E e 对离子的加速叫做净电加速(或者电加速);压强力n p i ∇对离子的加速叫做气体动力学加速(或者热加速);力σje 加速称作欧姆加速(或者更形象地称作电子风加速)。
静电等离子体推进器是等离子体推进器中的一种,在它里面离子是由电场加速的,电场是在磁极之间环形孔道内的等离子体里产生的(见图1),它的工作原理是在磁极之间环形孔内的等离子体中,由于磁场使电子的横向迁移率急剧的减少,而产生很大的感应电场,加速了离子。
图1 电等离子体发动机的示意图(具有闭合的电子漂移轨道)1---磁体,2---阳极(同时也是蒸汽分布器) 3---阴极(同时也是电子补偿器) B ---磁感应强度,E---电场强度在电等离子体推进器中磁场要这样选取,它既能使电子完全磁化,即电子的拉莫半径eρ远小于加速通道的长L和宽b(b L e,<<ρ),同时又保障离子的非磁化,即使离子的拉莫半径i ρ远大于加速通道的长度L (L i >>ρ)。
等离子发动机算式-回复等离子发动机是一种高效能的推进系统,它利用等离子体的特性产生巨大的推力。
下面,我们将逐步解释等离子发动机的原理和运作过程。
首先,我们来了解什么是等离子体。
等离子体是第四态物质,它由带电粒子(正离子和自由电子)组成。
在常规的物质中,原子和分子之间的电荷是平衡的,但在高能环境中,如高温或高电压下,原子或分子会被剥离产生自由电子和正离子,形成等离子体。
接下来,我们讨论等离子发动机是如何利用等离子体来产生推力的。
等离子发动机的原理是基于离子推力原理,即通过加速和排放离子来产生推力。
首先,等离子体产生器会将一个混合气体(通常为氧和氢)转化成等离子体。
这个过程需要提供能量,通常通过电弧放电来实现。
然后,等离子体在磁场的作用下被加速,形成离子束。
离子束通过喷嘴排放出来,并在相反的方向上产生反作用力,从而推动发射器或飞行器。
等离子发动机的输出推力与排放的离子质量和速度有关。
质量可以通过控制气体的种类和比例来调节,速度可以通过加速电场和磁场的强度来控制。
通过优化这些参数,可以实现不同推力要求和燃料效率的平衡。
虽然等离子发动机的推力相对较小,但它具有一些独特的优点。
首先,等离子发动机可以提供连续的推力,相对于化学发动机的瞬间爆发更加稳定。
其次,等离子发动机不依赖于氧气,可以在真空中工作,这使其成为太空探测器的理想选择。
此外,等离子发动机的燃料效率较高,因为它可以利用电能直接将气体转化成等离子体,而不需要经过燃烧反应。
然而,等离子发动机也存在一些挑战。
首先,产生和维持等离子体需要大量的能量输入。
现有的等离子体发电技术还无法满足实际应用的需求,能量效率有待提高。
其次,等离子发动机需要较长的加速时间达到较高的速度,因此在航天应用中仍面临一定的限制。
总的来说,等离子发动机是一种潜力巨大的推进系统。
随着技术的进步和应用领域的拓展,等离子发动机有望在未来的太空探测、科学研究和甚至商业领域迎来更广泛的应用。
等离子体电动力学
等离子体电动力学是物理学中的一个重要分支,是研究等离子体(plasma)运动规
律的科学。
等离子体运动受到多种因素的影响,包括引力,磁力和电磁力等,其中电磁力更是推动等离子体运动的主因,这就是等离子体电动力学的基本概念。
研究等离子体电动力学的基础是理论,实验与计算方法的结合。
理论上,从电学、磁学和可燃气体流体力学出发,利用数学技术和计算机技术,研究等离子体的磁场及
温度在电磁力作用下的变化规律;实验上,以同步辐射和等离子体交换作用为研究
对象,研究电场和磁场在物理现象中对等离子体运动的作用;通过计算及分析,研究
电磁场强度在特定条件下,等离子体的流动规律,总结形成等离子体电动力学的全貌。
等离子体电动力学在工程应用上非常广泛,可以用于抛射热和磁束体以及等离
子体动力系统,它也可以用于制造等离子体推进装置,等离子体本身也可用来制备纳
米材料、强化金属和微尺度结构等。
综上所述,可见等离子体电动力学的研究具有十分重要的意义,它不仅丰富和拓
展了物理学的理论体系,而且为等离子体技术及其应用提供了有力的理论支撑。
因此,在未来,等离子体电动力学的研究将越来越受到重视,对促进人类社会进步具有重要的意义。
等离子体点火系统基本介绍简介1.等离子体基本介绍等离子体是由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气体状物质,常被视为是除去固、液、气外,物质存在的第四态。
等离子体是一种很好的导电体。
等离子体内含有大量化学活性的粒子,如原子(C、H、0)、原子团(OH、H2、02)、离子(02 —、H2 —、0H —、0 —、H + )和电子等,可加速热化学转换,促进燃料完全燃烧;等离子体对于煤粉的作用,可比通常情况下提高20%〜80%的挥发份,即等离子体有再造挥发份的效应,这对于点燃低挥发份煤粉强化燃烧有特别的意义。
(与小油枪的优势)2.等离子体点火系统的产生我们公司90上世纪年代是做炉前油系统(油枪,高能点火器,油点火枪,可见光火检,红外火检,FSSS系统)后来开发了图像火焰监视系统。
在上世纪90年代末,油价飞速增长,在前人的实验基础上,经过公司大量的工业试验,研制成功的。
在烟台电厂和佳木斯电厂最开始商业应用。
02年率先600MW机组,盘山电厂安装了等离子体点火系统。
同时期国产DCS厂家新华,和利时还在为了600MW级没有业绩而四处奔走,这也体现了公司的高瞻远崛,每次都抓住了历史赐予我们的机遇。
3.公司的业绩和面临的发展形势公司的无燃油燃煤电站可能继等离子体点火技术之后再次获得国家科技进步奖。
公司的十二五规划,到2015年,实现收入60亿元,利润8亿元。
4 •煤质等离子体点火技术是应用在煤粉锅炉的一项技术,不会用来点油,或者天然气,大材小用。
等离子体点火技术目前公司分为常规的发生器和燃烧器以及大功率的发生器和燃烧器。
标准煤质如下:Marv 15%, Aadv35%, Vad>20%, Qnet, ar> 17000kJ/kg (不包括褐煤)这样的煤质可以使用常规的发生器和燃烧器,不需要公司工业实验。
褐煤,劣质烟煤,贫煤都需要做实验来决定,一般采用大功率的发生器和燃烧器。
下面简要说说煤的分类:煤中的元素组成,一般是指有机物质中的碳(C)、氢(H)、氧(0)、氮(N)和硫(S)的含量。