霍尔效应电推进系统中基于压力反馈的流量控制方法设计与实验研究

本文针对空间电推进系统工质流量控制的高精度、高稳定性需求，提出了一种基于压力反馈的通用流量控制模块及闭环控制方法。通过建立直管段与节流装置的流体力学模型，创新性地引入时间积分与微分修正项构建动态模型，结合多元线性回归实现低压低流量工况下的精确表征。实验表明该方案响应快（稳态误差<0.5 sccm）、抗干扰强，为电推进系统（EP）的精确流量控制提供了理论支撑。

　　

Highlight

长直管道中的流动特性

在霍尔效应电推进(HET)系统中，气体在管道内的质量流量常被视为层流，泊肃叶方程可描述工质流动特性：ΔP=8μLQ/πr⁴。其中ΔP为压差，μ为流体动力粘度，L为管道长度，Q为体积流量，r为管道半径。该方程表明特定管道结构下...

设计方案

基于前述流量调节需求，提出两种模块化设计方案（如图1），核心原则包括：

• 采用开关阀(Bang-Bang)或比例电磁阀进行流量调节，避免使用热调节阀

• 通过压力传感器与节流装置组合构建流量测量单元，最大限度减少阀门数量

• 确保系统长期运行稳定性

结构1的结果分析

图4显示恒定阀门参数下结构1的压差与流量时序变化特征：当质量流量超过临界阈值（约15 sccm）时，压力信号呈现显著低频周期性波动（基频<0.1 Hz），瞬时流量波动超10 sccm。分析表明弹簧调节部件...

结论

本研究首次提出含时间积分与微分项的动态压力-流量模型，通过实验验证其在低压低流量工况下的高精度动态响应描述能力。采用两级减压结构时，压力与质量流量呈现强线性相关（皮尔逊系数>0.97，R²>0.95），闭环控制使稳态误差降至0.5 sccm以下。