该直流组网电力推进系统来自高铁新技术向船舶领域移植,创新采用了固态断路器、永磁发电机、动力电池、永磁电动机等技术,开创了多个全球首例应用。
直流电和交流电的区别
“直流电”,又称“恒流电”,是指大小(电压高低)和方向(正负极)都不随时间(相对范围内)而变化。直流电是电荷的单向流动或者移动,通常是电子。电流密度随着时间而变化,但是通常移动的方向在所有时间里都是一样的。交流电,是指大小和方向随时间作周期性变化的一种电流。直流电的方向则不随时间而变化。通常又分为脉动直流电和稳恒电流。脉动直流电中有交流成分,如彩电中的电源电路中大约300伏左右的电压就是脉动直流电成分可通过电容去除。稳恒电流则是比较理想的,大小和方向都有不变。
电推进系统
是一种不依赖化学燃烧就能产生推力的设备。它的优点是不再需要使用固体或液体燃料,省去了复杂的储罐、管道、发动机燃烧室、喷管、相应冷却机构等,能大幅减少航天器的燃料携带量。电推进系统 利用太阳能转化为电能,然后电能转化为机械能。传统的化学推进系统则是通过化学反应将化学能转化为机械能。电推进系统一般分为三个部分:电源处理单元、推进剂工质贮存与供应单元、推力器。
电推进主要特点有:
(1)比冲高。比冲是单位质量的推进剂所产生的冲量,是评价火箭推进剂性能优劣的技术参数,量纲是km/s,也可以是s。化学推进剂的比冲一般为2-4km/s,氢氧推进剂的比冲一般为4-5.5km/s,而电推进系统中的电磁式和静电式推进剂一般为10-100km/s。
(2)寿命长。由于比冲高,效率高,省去化学系统中复杂的推进设备,可以携带更多的有效载荷或减少携带的燃料,可以延长推进系统和卫星的寿命。
(3)小推力。由于电推进能源来源于太阳能,功率有限,产生的速度大,推力小,但是可以长时间航行。推进系统引起的振动小,控制精度高。
电推进系统分类
按照工质加速的方式,电推进一般可分为电热式、电磁式和静电式三种类型。
电热式推力器是用利用电能加热工质并使其气化,经喷管膨胀加速喷出产生推力。一般可分为电阻加热式、电弧加热式和微波加热式。其中,电阻加热的原理是利用电阻加热器加热工质,常用工质为肼。
电磁式推力器是电能使工质形成等离子体,在外加电磁场洛伦兹力作用下加速从喷管喷出。霍尔推进系统是电磁式推进系统一种,也是当前热门的两种电推进之一。霍尔推力器的原理是将电子约束在磁场中,并利用电子电离推进剂,加速离子产生推力,并中和羽流中的离子。霍尔推力器的电离区和加速区在同一处,和离子推力器相比,技术简单但比冲低。
静电式推力器是电能在静电场中离解工质,形成电子和离子,并使离子在静电场作用下加速排出。静电式推力器又称离子推力器,和霍尔推力器是当前热门的两种电推进系统。离子推力器电离区和加速区分开,比冲高但技术复杂。
离子推进器
又称离子发动机,为空间电推进技术中的一种,其特点是推力小、比冲高,广泛应用于空间推进,如航天器姿态控制、位置保持、轨道机动和星际飞行等。其原理是先将气态工质电离,并在强电场作用下将离子加速喷出,通过反作用力推动卫星进行姿态调整或者轨道转移任务。离子推力器具有比冲高、效率高、推力小的特点。与传统的化学推进方式相比,离子推力器需要的工质质量小,是已经实用化的推进技术中最为适合长距离航行的。离子推进器是一种动力装置,可为航天器提供动力。其性能为推力、比冲和效率,通常是在保证推力和比冲的条件下,用效率来评价其性能。
离子电推进发动机的特点是加速度很低,可能会只有几厘米/秒甚至更低,有人形容这种推力只能“吹动一张纸”。但与化学火箭极短的燃烧时间不同,电推进火箭提供的加速时间可以很长,因此发动机比冲很大,就是说同样质量的工质能提供更大的总推力和最终速度。另一方面,卫星的调姿和变轨,微小推力往往就已足够。