本文關鍵詞：電推力器羽流效應及防護結構研究

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【摘要】：鑒于電推力器在應用的過程中羽流對航天器會造成一定的污染的問題,本文對離子推力器及霍爾推力器羽流安全性問題進行了系統的研究。羽流污染評估的基礎為羽流的模擬,本文采用混合PIC的方法處理等離子體的運動問題,考慮羽流區(qū)原子與離子的電荷交換碰撞并采用MCC方法進行處理。通過對離子推力器及霍爾推力器羽流出口處離子密度分布的探究,得到合適的邊界條件,并與實驗結果進行對比分析�？紤]空間環(huán)境下羽流的等離子體參數分布,與目前已報道的其他在軌預測結果進行對比分析,進而對模型進行驗證。羽流區(qū)電荷交換碰撞導致的返流離子會對航天器表面造成濺射腐蝕、熱量沉積以及力(矩)干擾等問題。以模擬得到的空間等離子體參數分布為條件,建立評估電推力器羽流返流離子造成的上述三種效應的計算模型。隨后,以典型的航天器模型為例進行羽流污染評估,并將結果與文獻中的評估結果進行對比分析,從而驗證評估模型的合理性。除此之外,本文給出了羽流返流離子對航天器表面造成的充放電效應模型,并給出上述典型航天器模型下表面電位的變化。基于上述羽流模型及效應評估模型,根據電推力器在航天器中承擔的不同推進任務,對兩種安裝位置下的羽流污染情況進行評估。對比主推進任務下離子推力器、霍爾推力器及磁聚焦霍爾推力器在對航天器的影響方面的不同�；诖啪劢够魻柾屏ζ鞯挠鹆靼l(fā)散角相對較小,對位置保持任務下的電推力器的一種安裝方式進行優(yōu)化并評估優(yōu)化后的羽流污染情況。模擬結果表明,相同安裝位置下離子推力器及磁聚焦推力器對航天器的污染程度較小。同時,磁聚焦推力器的應用,不僅能夠減小推力器安裝角度進而減小推力器損失,而且能減小羽流對太陽能電池陣的影響。電推力器產生的羽流等離子體環(huán)境必然會對航天器造成一些特殊的影響,某些情況下需要對一些敏感的設備進行防護。太陽能電池陣表面為高透光玻璃蓋片,受到濺射腐蝕、熱量沉積等影響會減小其輸入功率。本文最后根據電推力器的兩種安裝方式,提出相應的防護方案。并通過對防護后的污染情況進行評估,分析不同防護結構下的防護效果以及相同防護結構下針對不同電推力器羽流的防護效果,為電推力器羽流的防護提供一定的參考。
【關鍵詞】：羽流安全性 霍爾推力器 離子推力器 羽流模擬 羽流防護
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V439.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-20
• 1.1 課題的來源及研究的目的和意義9-12
• 1.1.1 電推進原理簡介9-10
• 1.1.2 羽流安全性相關問題概述10-11
• 1.1.3 課題研究的目的及意義11-12
• 1.2 國內外研究現狀及分析12-18
• 1.2.1 霍爾/離子推力器羽流實驗測量及模擬研究現狀12-14
• 1.2.2 羽流污染研究現狀14-17
• 1.2.3 羽流防護研究現狀17
• 1.2.4 國內外研究現狀簡析17-18
• 1.3 本文的主要研究內容及章節(jié)安排18-20
• 第二章 電推力器羽流模型的建立20-40
• 2.1 引言20
• 2.2 羽流仿真模型20-26
• 2.2.1 電勢求解模型20-22
• 2.2.2 粒子碰撞模型22-23
• 2.2.3 推力器出口邊界條件23-26
• 2.3 推力器輸入參數以及模擬條件的研究26-34
• 2.3.1 LIPS200推力器輸入條件的研究26-31
• 2.3.2 SPT100推力器輸入條件的研究31-34
• 2.4 空間環(huán)境下電推力器羽流參數分布研究34-39
• 2.5 本章小結39-40
• 第三章 電推力器羽流效應評估模型的研究40-59
• 3.1 引言40
• 3.2 羽流對帆板產生的羽流效應研究40-47
• 3.2.1 力（矩）效應研究40-43
• 3.2.2 濺射效應研究43-46
• 3.2.3 熱效應研究46-47
• 3.3 典型航天器模型下羽流效應的模擬及分析47-55
• 3.4 航天器表面充放電效應的研究55-58
• 3.5 本章小結58-59
• 第四章 電推力器在航天器上的布局以及羽流污染分析59-80
• 4.1 引言59
• 4.2 主推進任務下不同電推力器的污染研究59-67
• 4.2.1 航天器幾何模型及網格繪制60-61
• 4.2.2 邊界條件及推力器輸入參數的確定61-62
• 4.2.3 不同電推力器羽流等離子體空間分布分析62-65
• 4.2.4 不同發(fā)散角下羽流效應分析65-67
• 4.3 位置保持及姿態(tài)調整任務下推力器的布置研究67-78
• 4.3.1 SPT100推力器羽流效應研究68-72
• 4.3.2 磁聚焦霍爾推力器羽流效應研究72-74
• 4.3.3 霍爾推力器布局的優(yōu)化74-78
• 4.4 本章小結78-80
• 第五章 電推力器羽流防護的設計及仿真研究80-95
• 5.1 引言80
• 5.2 推力器位于航天器表面中心處羽流防護結構的研究80-87
• 5.2.1 防護結構的設計及網格繪制80-81
• 5.2.2 邊界條件及推力器輸入參數的確定81-82
• 5.2.3 羽流等離子體空間分布分析82-84
• 5.2.4 羽流效應分析84-87
• 5.3 推力器位于航天器邊緣處羽流防護結構的研究87-94
• 5.3.1 防護結構的設計及網格繪制87-88
• 5.3.2 邊界條件及推力器輸入參數的確定88-89
• 5.3.3 羽流等離子體空間分布分析89-90
• 5.3.4 羽流效應分析90-94
• 5.4 本章小結94-95
• 結論95-97
• 參考文獻97-103
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術成果103-105
• 致謝105-106
• 個人簡歷106

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本文編號：941221