【摘要】：太陽能熱推進（STP：Solar Thermal Propulsion）直接利用聚焦的太陽輻射能來加熱推進劑以產(chǎn)生推力。在航天工程領(lǐng)域，，探索適用于深遠空間作業(yè)的新一代太陽能高效聚光器是當(dāng)前的研究熱點，設(shè)計出高功率、高聚光比、小發(fā)射質(zhì)量和小運載體積的太陽能聚光器是STP系統(tǒng)的關(guān)鍵之一�，F(xiàn)有的聚光器主要有拋物面型、固定剛性結(jié)構(gòu)以及充氣展開式結(jié)構(gòu)。固定剛性結(jié)構(gòu)聚光器具有面差小、制造工藝簡單的優(yōu)點，但也存在系統(tǒng)發(fā)射質(zhì)量較大、包絡(luò)體積龐大、產(chǎn)生的功率小，不能匯聚足夠的能量加熱STP推進器，難于適合于深空空間作業(yè)的缺點。地面試驗采用的充氣展開式聚光器雖然自重較低，有效減輕了發(fā)射質(zhì)量，但系統(tǒng)復(fù)雜、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不高，使用時存在展開度不高、展開速度無法控制、起皺無法消除的缺點。選用材質(zhì)輕、抗拉伸強度高的龍骨材料，將傘狀龍骨結(jié)構(gòu)引入可折疊展開式聚光器的的設(shè)計方案，可改進可折疊展開式聚光器存在面差大、展開后無法形成理想拋物面的缺點�？烧郫B展開式傘狀龍骨聚光器聚焦準確度高、可展開度高、包絡(luò)體積小、發(fā)射質(zhì)量輕、聚光器傘面缺陷少，并有利于提高跟日系統(tǒng)精度。 在本文工作中，針對可折疊展開式傘狀龍骨聚光器具有自重低、功率高、比沖高、推力適中的特點，利用ANSYS與ZEMAX軟件對功率為100kW的可折疊展開式傘狀龍骨聚光器在太空環(huán)境中的聚光性能進行模擬分析。在太陽風(fēng)及襯底薄膜表面張力的影響下，傘面最大應(yīng)力為1.66MPa，遠小于Kevlar材料及Ti-6Al-4V龍骨材料的閾值強度，傘面最大形變僅為0.941mm，焦斑半徑為6.37cm，幾何聚光比可達5917，比標準拋物面僅減小了1.25%。 分析結(jié)果表明：將材質(zhì)輕、抗拉伸強度高的傘狀龍骨結(jié)構(gòu)引入可折疊展開式聚光器的設(shè)計方案，在很大程度上抵消襯底薄膜材料表面張力及太陽風(fēng)對聚光器工作形態(tài)的影響，可消除褶皺，提高可折疊展開式傘狀龍骨聚光器的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及可展開度，同時證明了傘狀龍骨結(jié)構(gòu)及Kevlar材料的選擇是合理的。
【圖文】：

圖 1.1 可折疊展開式傘狀龍骨結(jié)構(gòu)聚光器示意圖Fig.1.1 the schematic diagram of the deployable umbrella-shaped keel concentrator2 固定剛性結(jié)構(gòu)聚光器在各種應(yīng)用于空間技術(shù)的聚光器中，拋物面型聚光器是理論上的最佳聚光裝太陽能的良好聚光，是唯一適合使用與 STP 的聚光器。理想的拋物面聚光器光比最高，能實現(xiàn) 13000 的幾何聚光比�，F(xiàn)有的拋物面聚光器主要有可折疊、固定剛性結(jié)構(gòu)以及充氣展開式結(jié)構(gòu)。固定剛性結(jié)構(gòu)拋物面鏡如圖 1.2 所示

圖 1.1 可折疊展開式傘狀龍骨結(jié)構(gòu)聚光器示意圖Fig.1.1 the schematic diagram of the deployable umbrella-shaped keel concentrator定剛性結(jié)構(gòu)聚光器各種應(yīng)用于空間技術(shù)的聚光器中，拋物面型聚光器是理論上的最佳聚光陽能的良好聚光，是唯一適合使用與 STP 的聚光器。理想的拋物面聚比最高，能實現(xiàn) 13000 的幾何聚光比。現(xiàn)有的拋物面聚光器主要有可固定剛性結(jié)構(gòu)以及充氣展開式結(jié)構(gòu)。固定剛性結(jié)構(gòu)拋物面鏡如圖 1.2 所
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TK513

【參考文獻】

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本文編號：2687411