本文關(guān)鍵詞：霍爾推進(jìn)器羽流的數(shù)值模擬

  更多相關(guān)文章： 霍爾推進(jìn)器 羽流 IFE-PIC-MCC 熱載荷 干擾力

【摘要】：霍爾推進(jìn)器具有比沖高和壽命長(zhǎng)等特點(diǎn),特別適用于航天器執(zhí)行如衛(wèi)星的位置保持和阻力補(bǔ)償?shù)热蝿?wù)以及作為深空探測(cè)器的主推進(jìn)系統(tǒng),已經(jīng)成為近年來(lái)研究航天推進(jìn)器領(lǐng)域的熱點(diǎn)。不同于以往化學(xué)推進(jìn)器羽流,霍爾推進(jìn)器羽流呈等離子體態(tài),羽流場(chǎng)的電磁場(chǎng)氛圍以及羽流粒子與航天器表面相互作用會(huì)直接影響到航天器工作性能。因此,研究霍爾推進(jìn)器羽流場(chǎng)與航天器之間的作用具有重要意義。本文將建立霍爾推進(jìn)器的羽流的數(shù)值模擬模型,研究羽流粒子與航天器之間的相互作用對(duì)航天器工作的影響。本文采用IFE-PIC-MCC數(shù)值模擬方法建立起SMART-1衛(wèi)星的霍爾推進(jìn)器羽流的三維數(shù)值模型,模擬得到羽流各類(lèi)粒子在航天器周?chē)姆植记闆r,重點(diǎn)研究羽流中CEX離子的產(chǎn)生和運(yùn)動(dòng)規(guī)律,并且分析CEX離子對(duì)航天器表面的產(chǎn)生的干擾力和熱載荷的影響。采用DSMC方法對(duì)中性原子運(yùn)動(dòng)及其之間的相互碰撞進(jìn)行數(shù)值模擬,得到中性原子在羽流場(chǎng)中的平衡分布;采用MCC碰撞模擬電荷交換碰撞生成CEX離子的過(guò)程;采用PIC方法模擬CEX離子在電場(chǎng)力作用下的運(yùn)動(dòng)情況;分別采用IFE方法和玻爾茲曼法求解電場(chǎng),仿真模擬得到各自的CEX離子的運(yùn)動(dòng)分布,并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。本文通過(guò)采集撞擊到航天器的CEX離子的速度、位置和能量分布,計(jì)算不同條件下CEX離子對(duì)SMART-1衛(wèi)星表面和太陽(yáng)能帆板表面的熱載荷和作用力的數(shù)值大小,并且對(duì)其規(guī)律加以分析。結(jié)果表明:隨著太陽(yáng)能板轉(zhuǎn)動(dòng)角度的增大,CEX離子撞擊太陽(yáng)能板產(chǎn)生的干擾力和熱載荷都會(huì)有一些減小。當(dāng)太陽(yáng)能帆板表面的法線方向與束流離子的運(yùn)動(dòng)方向垂直時(shí),太陽(yáng)能帆板獲得的CEX離子帶來(lái)的熱量最少。太陽(yáng)能帆板處于相同的位置條件下,隨著羽流發(fā)散角的增大,航天器主體表面受到的CEX離子的干擾力和熱載荷的變化趨勢(shì)分別與太陽(yáng)能帆板表面受到的CEX離子的干擾力和熱載荷的變化趨勢(shì)相反,而航天器主體表面受到的干擾力則會(huì)輕微地增大。但是CEX離子對(duì)航天器的最大干擾力不超過(guò)霍爾推進(jìn)器主推力的1%。
【關(guān)鍵詞】：霍爾推進(jìn)器 羽流 IFE-PIC-MCC 熱載荷 干擾力
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：V439.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 緒論8-17
• 1.1 研究背景8-11
• 1.1.1 霍爾推進(jìn)器概述9-10
• 1.1.2 霍爾推進(jìn)器羽流10-11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-15
• 1.2.1 國(guó)外霍爾推進(jìn)器羽流研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)霍爾推進(jìn)器羽流研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 主要研究?jī)?nèi)容15-17
• 第2章 霍爾推進(jìn)器羽流數(shù)值模擬的相關(guān)理論17-30
• 2.1 引言17
• 2.2 霍爾推進(jìn)器羽流的組成成分17-18
• 2.3 霍爾推進(jìn)器羽流與航天器之間的相互作用18-19
• 2.4 霍爾推進(jìn)器羽流的動(dòng)力學(xué)模型19-24
• 2.4.1 等離子體的德拜長(zhǎng)度19-20
• 2.4.2 羽流的電磁場(chǎng)計(jì)算模型20-21
• 2.4.3 電子分布模型21-22
• 2.4.4 羽流粒子之間的碰撞模型22-24
• 2.5 粒子運(yùn)動(dòng)的相關(guān)數(shù)值模擬方法24-26
• 2.5.1 PIC方法簡(jiǎn)介24-25
• 2.5.2 電荷分配25-26
• 2.5.3 運(yùn)動(dòng)方程的數(shù)值求解26
• 2.6 羽流粒子之間碰撞的數(shù)值模擬方法26-29
• 2.6.1 MCC算法27
• 2.6.2 DSMC算法27-29
• 2.7 本章小結(jié)29-30
• 第3章SMART-1 衛(wèi)星羽流的三維數(shù)值模型30-49
• 3.1 引言30
• 3.2 SMART-1 月球探測(cè)器簡(jiǎn)介30-31
• 3.3 初始設(shè)置31-35
• 3.3.1 SMART-1 衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)模型31-32
• 3.3.2 參數(shù)的無(wú)量綱化32-34
• 3.3.3 計(jì)算區(qū)域設(shè)置與PIC網(wǎng)格劃分34-35
• 3.3.4 邊界條件的設(shè)置35
• 3.4 CEX離子產(chǎn)生的數(shù)值模擬35-42
• 3.4.1 羽流數(shù)值模擬計(jì)算的初始參數(shù)36
• 3.4.2 束流離子的仿真模擬36-39
• 3.4.3 中性原子的仿真模擬39-40
• 3.4.4 CEX離子的生成40-42
• 3.5 兩種不同的電場(chǎng)求解方法下的CEX離子的分布42-47
• 3.5.1 羽流電場(chǎng)求解的數(shù)值模擬方法42-43
• 3.5.2 計(jì)算區(qū)域內(nèi)的電勢(shì)分布43-44
• 3.5.3 CEX離子在計(jì)算區(qū)域內(nèi)的分布44-45
• 3.5.4 CEX離子在衛(wèi)星表面的分布45-47
• 3.6 本章小結(jié)47-49
• 第4章CEX離子對(duì)航天器的作用力和熱載荷影響49-63
• 4.1 引言49
• 4.2 作用力和熱載荷的數(shù)值計(jì)算49-50
• 4.3 CEX離子對(duì)SMART-1 的作用力和熱載荷50-62
• 4.3.1 太陽(yáng)能帆板轉(zhuǎn)動(dòng)角度的改變產(chǎn)生的影響50-57
• 4.3.2 羽流發(fā)散角的改變產(chǎn)生的影響57-62
• 4.4 本章小結(jié)62-63
• 結(jié)論63-65
• 參考文獻(xiàn)65-70
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果70-72
• 致謝72

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2 段萍;周新維;沈鴻娟;覃海娟;曹安寧;殷燕;;霍爾推進(jìn)器等離子體鞘層特性的Particle-in-Cell模擬[J];高電壓技術(shù);2013年07期

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3 段萍;李，

本文編號(hào)：926894