本文關(guān)鍵詞：基于空間充放電效應(yīng)的航天器功率傳輸結(jié)構(gòu)電場(chǎng)特性研究

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【摘要】：航天器運(yùn)行于空間環(huán)境中,將遭遇多種空間環(huán)境因素的影響,其中具有重要影響的是空間帶電粒子,由此產(chǎn)生的空間充放電效應(yīng)是造成衛(wèi)星故障的重要原因之一。功率傳輸結(jié)構(gòu)作為衛(wèi)星能源系統(tǒng)重要部件,極易成為充放電效應(yīng)侵害的對(duì)象,其一旦故障,則整星失效。近年來(lái),隨著高電壓大功率航天器能源系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用,對(duì)能源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造及防護(hù)要求也日益提高。本文針對(duì)功率傳輸結(jié)構(gòu)的充放電效應(yīng)問(wèn)題,采用數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法,從材料級(jí)和結(jié)構(gòu)件級(jí)兩個(gè)方面展開(kāi)研究,并在設(shè)計(jì)制造及防護(hù)方面提出優(yōu)化措施�？臻g充放電效應(yīng)的本質(zhì)是空間帶電粒子與航天器材料之間的相互作用。本文基于帶電粒子衰減機(jī)理及蒙特卡羅統(tǒng)計(jì)方法,針對(duì)功率傳輸結(jié)構(gòu)常用材料-鋁和聚酰亞胺,采用GEANT4等粒子輸運(yùn)模擬軟件,對(duì)帶電粒子在材料中的輸運(yùn)特性、沉積特性及能量衰減情況等進(jìn)行了模擬分析,并基于深層充電模型及輻射誘導(dǎo)電導(dǎo)率模型等經(jīng)驗(yàn)公式,對(duì)材料內(nèi)輻射誘導(dǎo)電導(dǎo)率特性及電場(chǎng)分布特性進(jìn)行了理論分析。航天器功率傳輸結(jié)構(gòu)復(fù)雜,包括高功率導(dǎo)電環(huán)組件及絕緣介質(zhì)材料,存在較大充放電效應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)。本文針對(duì)功率傳輸通道簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu),采用基于GEANT4的二次開(kāi)發(fā)軟件,模擬了電子束輻射下結(jié)構(gòu)內(nèi)電場(chǎng)特性分布,并分析了入射粒子能量、結(jié)構(gòu)件自身幾何參數(shù)等因素對(duì)充電結(jié)果的影響；后搭建深層充電實(shí)驗(yàn)平臺(tái),采用電子束輻射功率傳輸結(jié)構(gòu)表面,在接地、接高壓及懸浮等三種不同工況下對(duì)絕緣材料表面充電電位進(jìn)行測(cè)量,分析表面充電電位隨輻射時(shí)間的變化規(guī)律,并驗(yàn)證幾何參數(shù)對(duì)充電結(jié)果的影響。研究結(jié)果表明,絕緣材料電導(dǎo)率是決定材料是否發(fā)生放電的重要因素；空間粒子能量大小、結(jié)構(gòu)件自身幾何參數(shù)等因素對(duì)于功率傳輸結(jié)構(gòu)充電結(jié)果影響明顯；功率傳輸結(jié)構(gòu)自身工作電壓對(duì)充電電位起到抵銷(xiāo)作用;盡量使功率傳輸結(jié)構(gòu)內(nèi)絕緣材料接地,這有助于減小充放電效應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)。
【關(guān)鍵詞】：空間充放電效應(yīng) 深層充電 輻射誘導(dǎo)電導(dǎo)率 功率傳輸
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：V442
【目錄】：

• 致謝5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 緒論11-27
• 1.1 研究背景及意義11-12
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-24
• 1.2.1 充放電效應(yīng)理論分析現(xiàn)狀13-16
• 1.2.2 充放電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究現(xiàn)狀16-20
• 1.2.3 充放電效應(yīng)仿真模擬現(xiàn)狀20-23
• 1.2.4 研究成果小結(jié)及今后研究方向展望23-24
• 1.3 本文研究目標(biāo)及研究?jī)?nèi)容24-27
• 1.3.1 本文研究目標(biāo)24-25
• 1.3.2 本文研究?jī)?nèi)容25-27
• 2 空間充放電效應(yīng)概述27-43
• 2.1 引言27
• 2.2 空間等離子體環(huán)境27-30
• 2.3 空間輻射環(huán)境30-31
• 2.4 高能電子環(huán)境分析31-34
• 2.5 充放電效應(yīng)分析34-41
• 2.5.1 表面充電分析35-38
• 2.5.2 深層充電分析38-41
• 2.6 本章小結(jié)41-43
• 3 高能粒子與材料相互作用模擬分析43-69
• 3.1 引言43
• 3.2 粒子與材料相互作用機(jī)理43-48
• 3.2.1 粒子與材料靜電力作用44
• 3.2.2 帶電粒子衰減機(jī)理44-48
• 3.3 蒙特卡羅模擬方法48-50
• 3.4 粒子與鋁作用模擬分析50-58
• 3.4.1 電子輻射鋁材料50-55
• 3.4.2 重粒子輻射鋁材料55-57
• 3.4.3 屏蔽厚度最優(yōu)化選擇57-58
• 3.5 粒子與聚酰亞胺作用模擬分析58-66
• 3.5.1 電子輻射聚酰亞胺材料58-61
• 3.5.2 輻射誘導(dǎo)電導(dǎo)率分析61-63
• 3.5.3 電場(chǎng)特性分析63-66
• 3.6 本章小結(jié)66-69
• 4 功率傳輸結(jié)構(gòu)深層充電特性仿真模擬69-83
• 4.1 引言69
• 4.2 模擬平臺(tái)簡(jiǎn)介69-70
• 4.3 功率傳輸結(jié)構(gòu)70-71
• 4.4 模擬分析方法71-73
• 4.5 入射電子能量對(duì)充電的影響73-77
• 4.6 絕緣擋邊參數(shù)對(duì)充電的影響77-81
• 4.6.1 絕緣擋邊寬度的影響77-79
• 4.6.2 絕緣擋邊深度的影響79-81
• 4.7 本章小結(jié)81-83
• 5 功率傳輸結(jié)構(gòu)深層充電特性實(shí)驗(yàn)研究83-93
• 5.1 引言83
• 5.2 深層充電實(shí)驗(yàn)裝置83-85
• 5.3 實(shí)驗(yàn)樣品布置方式85-86
• 5.4 深層充電實(shí)驗(yàn)步驟86-87
• 5.5 深層充電實(shí)驗(yàn)結(jié)果87-92
• 5.5.1 接地工況87-90
• 5.5.2 接高壓工況90-91
• 5.5.3 懸浮工況91-92
• 5.6 本章小結(jié)92-93
• 6 全文總結(jié)與展望93-97
• 6.1 全文總結(jié)93-94
• 6.2 研究工作展望94-97
• 參考文獻(xiàn)97-101
• 作者簡(jiǎn)歷101-105
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集105

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本文編號(hào)：904817