霍尔推进器羽流的数值模拟

《霍尔推进器羽流的数值模拟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、硕士学位论文霍尔推进器羽流的数值模拟NUMERICALSIMULATIONOFHALLTHRUSTERPLUME单康哈尔滨工业大学2014年12月国内图书分类号：V439+.2学校代码：10213国际图书分类号：621.455密级：公开工学硕士学位论文霍尔推进器羽流的数值模拟硕士研究生：单康导师：曹勇副教授申请学位：工学硕士学科：机械电子工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2014年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V439+.2U.D.C:621.455DissertationfortheMasterDegree

2、inEngineeringNUMERICALSIMULATIONOFHALLTHRUSTERPLUMECandidate:ShanKangSupervisor:AssociateProf.CaoYongAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:MechatronicsEngineeringAffiliation:ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence:December,2014Degree-Conferring-Institution:Harbin

3、InstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要霍尔推进器具有比冲高和寿命长等特点，特别适用于航天器执行如卫星的位置保持和阻力补偿等任务以及作为深空探测器的主推进系统，已经成为近年来研究航天推进器领域的热点。不同于以往化学推进器羽流，霍尔推进器羽流呈等离子体态，羽流场的电磁场氛围以及羽流粒子与航天器表面相互作用会直接影响到航天器工作性能。因此，研究霍尔推进器羽流场与航天器之间的作用具有重要意义。本文将建立霍尔推进器的羽流的数值模拟模型，研究羽流粒子与航天器之间的相互作用对航天器工作的影响。本文采用IFE-PIC-MCC

4、数值模拟方法建立起SMART-1卫星的霍尔推进器羽流的三维数值模型，模拟得到羽流各类粒子在航天器周围的分布情况，重点研究羽流中CEX离子的产生和运动规律，并且分析CEX离子对航天器表面的产生的干扰力和热载荷的影响。采用DSMC方法对中性原子运动及其之间的相互碰撞进行数值模拟，得到中性原子在羽流场中的平衡分布；采用MCC碰撞模拟电荷交换碰撞生成CEX离子的过程；采用PIC方法模拟CEX离子在电场力作用下的运动情况；分别采用IFE方法和玻尔兹曼法求解电场，仿真模拟得到各自的CEX离子的运动分布，并对结果进行了对比分析。本文通过采集撞击到航天器的CEX

5、离子的速度、位置和能量分布，计算不同条件下CEX离子对SMART-1卫星表面和太阳能帆板表面的热载荷和作用力的数值大小，并且对其规律加以分析。结果表明：随着太阳能板转动角度的增大，CEX离子撞击太阳能板产生的干扰力和热载荷都会有一些减小。当太阳能帆板表面的法线方向与束流离子的运动方向垂直时，太阳能帆板获得的CEX离子带来的热量最少。太阳能帆板处于相同的位置条件下，随着羽流发散角的增大，航天器主体表面受到的CEX离子的干扰力和热载荷的变化趋势分别与太阳能帆板表面受到的CEX离子的干扰力和热载荷的变化趋势相反，而航天器主体表面受到的干扰力则会轻微地增

6、大。但是CEX离子对航天器的最大干扰力不超过霍尔推进器主推力的1%。关键词：霍尔推进器；羽流；IFE-PIC-MCC；热载荷；干扰力-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractBecauseofitslonglifetimeandhighspecificimpulse,Hallthrusterhasbeenwidelyusedforsatelliteorbitalmaintenance,resistancecompensationanddeepspaceexplorationtaskofspacecraft.Hallthrusterhas

7、becometheresearchfocusinthefieldofaeronauticspropulsion.Differentfromthechemicalthruster,theplumeofHallthrusterisplasmathatcreatsaelectromagneticfieldatmosphereandinteractswiththesurfaceofspacecraft,whichaffectstheworkingperformanceofspacecraft.Inthispaper,asimulationmodelisd

8、evelopedfortheplumeinaHallthrustertoinvestigatetheinteractionbetween