BN/石墨复合喷嘴对电弧喷射推进器性能影响的创新研究：提升比冲与推进效率的关键突破

本文系统研究了不同面积比和沟槽结构的氮化硼（BN）/石墨复合喷嘴对电弧喷射推进器（arcjet thruster）性能的影响。研究发现，较小面积比（81）的无沟槽设计（喷嘴C）在比冲（78±1.5 s）和推进效率（11.2±0.14%）方面表现最优，而带环形沟槽设计（喷嘴F）可延长喉部绝缘失效时间。该研究为低功率电推进系统（EP）的性能优化和寿命延长提供了重要工程参考。

　　

Highlight

LaB₆/W复合阴极电弧喷射推进器

为解决传统电弧喷射推进器在数百次点火循环中的电极侵蚀问题，我们开发了LaB₆/W复合阴极电弧喷射推进器，并在早期实验测试中取得成功。在初始实验测试中，经过100次点火循环和20小时运行后，未观察到电极侵蚀现象[36]。在此基础上，我们进一步研究BN/石墨复合喷嘴对该推进器性能的影响。

喷嘴面积比的影响

为研究BN/石墨复合喷嘴结构对LaB₆/W复合阴极电弧喷射推进器工作特性的影响，本实验测试了六种不同配置的复合喷嘴结构。每种复合喷嘴均测试约8小时，每个喷嘴进行三次实验测试。测试结果以均值±标准差形式绘制。本研究核心是探究喷嘴面积比和BN绝缘结构（带沟槽vs无沟槽）对推进器性能参数的影响，包括推力、比冲（I_sp）和推力效率。

Conclusions

本研究探讨了喷嘴面积比和BN绝缘结构（带沟槽与无沟槽）对使用BN/石墨复合喷嘴的电弧喷射推进器性能的影响。结果表明：在适当的喷嘴面积比范围内，较小的面积比可带来更好的推进器性能。无沟槽的BN绝缘结构可提供更优的推力、比冲和推力效率，但也会更快导致喉部绝缘失效。带环形沟槽的设计虽性能略低，但可显著延长绝缘失效时间，从而延长喷嘴寿命。综合考虑性能与寿命的平衡，喷嘴C（面积比：81，无环形沟槽）和喷嘴F（面积比：81，带环形沟槽）均为最优配置。与初始配置（喷嘴A）相比，最优喷嘴C和F的比冲提高了11.5%–27.9%，推力效率提高了7.7%–13.5%。