【摘要】：臨近空間飛行器是開發(fā)和利用臨近空間資源的主要工具,由于臨近空間環(huán)境的特殊性和復(fù)雜性,對飛行器推進系統(tǒng)提出了很高的要求,這制約了臨近空間飛行器的發(fā)展。根據(jù)我國軍事發(fā)展的急迫性和優(yōu)先度要求并考慮到臨近空間的氣壓條件,本文提出并研究了在臨近空間應(yīng)用電流體推進技術(shù)的可行性,通過理論分析和實驗測試對其基本性能進行了研究。本文首先從大氣密度、溫度、大氣壓力、風場以及大氣的成分和分布等幾個方面分析了臨近空間環(huán)境的基本特征�；谂R近空間環(huán)境及電暈放電離子風理論,本文通過有限元仿真軟件構(gòu)建了離子風電推進器仿真模型,研究了氣壓、風速、電極尺寸與裝置構(gòu)型對推進器性能的影響。結(jié)果表明在增大驅(qū)動電壓、增大電極間距、降低氣壓以及減小放電極半徑均會使推進器推力增加;在風速影響下,離子擴散區(qū)會被壓縮,會導(dǎo)致推力下降,當風速達到300m/s時,推力值為風速為0m/s時的10%-15%;施加前置偏壓可以減少向前擴散的離子,進而提高推力與功率比值,而且前向偏壓越接近陽極,對電流的抑制效果越明顯,此時推力也明顯下降。其次本文利用真空實驗罐系統(tǒng)進行了離子風電推進技術(shù)低氣壓實驗研究,進行了仿真與實驗對比研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn)仿真模型計算結(jié)果與相同條件下實驗測試結(jié)果擬合度很好,驗證了仿真計算模型的準確性。此外,本文進行了低氣壓條件下的變參數(shù)對比實驗,通過放電參數(shù)測量,獲得功耗數(shù)據(jù),討論了相關(guān)設(shè)計參數(shù)對實驗樣機產(chǎn)生的電流和功耗的影響,初步分析了電路模型對實驗樣機產(chǎn)生電流和功耗的影響機理。最后針對電流體推進技術(shù),本文提出了電動力貼片和和離子風電推進裝置的設(shè)計,結(jié)合水平風場模型,研究了電流體推進技術(shù)在平流層飛艇上的應(yīng)用途徑及應(yīng)用效果。結(jié)果表明,與電動力貼片相比,離子風電推進裝置具有較高的推功比,可達80mN/kW;在水平風場模型下,采用離子風推進飛艇即使在朝向原點的控制方法下,其移動范圍在10km以內(nèi),遠小于無動力飛艇,能滿足通信需求,表明了離子風電推進技術(shù)即電流體推進技術(shù)在臨近空間具有重要的應(yīng)用潛力。
【圖文】：

第一章 緒論1.1 研究背景及意義臨近空間是指介于傳統(tǒng)航空航天之間（一般距地面 20-100km）的稀薄大氣層，它的高度圍決定了它在國民經(jīng)濟建設(shè)和國防建設(shè)中具有廣泛而巨大的應(yīng)用價值，因此它已經(jīng)成為各國注和競相發(fā)展的熱點[1-3]。臨近空間飛行器指飛行高度在 20-100km 范圍內(nèi)，并利用臨近空間有的空間資源執(zhí)行一定任務(wù)的一類飛行器。與衛(wèi)星等航天器相比，臨近空間飛行器的載荷能強、效費比高、部署速度快等，而與傳統(tǒng)航空飛行器相比，臨近空間飛行器生存能力更強、蓋范圍更廣、持續(xù)工作時間也更長等特點。如臨近空間低速飛行器中的平流層飛艇能夠?qū)崿F(xiàn)定區(qū)域的長期、全天、高分辨率的地球觀測和高速移動通信，為空間預(yù)警、環(huán)境監(jiān)測和高速信應(yīng)用提供全新的技術(shù)手段[4-6]。而臨近空間高超聲速飛行器可攜帶有效載荷隨時應(yīng)急升空，現(xiàn)快速機動部署，使緊急情況下實現(xiàn)“全球到達，全球作戰(zhàn)”成為可能[7,8]。隨著有關(guān)技術(shù)的發(fā)和日趨完善，臨近空間飛行器必將在人類社會發(fā)展過程中發(fā)揮不可替代的作用。

南京航空航天大學碩士學位論文發(fā)生裝置結(jié)構(gòu)的改進研究也取得了很大進展，部分學者完成[21]提出了在針形發(fā)射極周圍增加環(huán)狀發(fā)射極，設(shè)計制作了一個產(chǎn)生的風速是采用傳統(tǒng)針形發(fā)射極的2.5 倍，，隨后Moon又利相同功率下產(chǎn)生的風速是傳統(tǒng)電極的4.53倍[22]，然而Moon沒察的性能指標，而是通過速度與輸入電功率的比值定義了一ieldofflowgeneration）”，因此在多數(shù)情況下無法與他人研究結(jié)改進方面，2002年Rashkovan[23]利用線電極與兩個板集電極（生裝置，通過對發(fā)熱平板進行散熱實驗，獲得的傳熱系數(shù)是4]采用漸縮管形式的筒狀集電極來提高風速，并將其應(yīng)用到微電l Singhal[25]采用波浪形的集電極板形成多組離子風發(fā)生裝置緊散熱風扇-RSD5離子風風扇，如圖1.2所示，它的最大風速可以更大。
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：V439;V23

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