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1、碩士學(xué)位論文霍爾推進(jìn)器羽流的數(shù)值模擬NUMERICALSIMULATIONOFHALLTHRUSTERPLUME單康哈爾濱工業(yè)大學(xué)2014年12月國內(nèi)圖書分類號(hào)：V439+.2學(xué)校代碼：10213國際圖書分類號(hào)：621.455密級(jí)：公開工學(xué)碩士學(xué)位論文霍爾推進(jìn)器羽流的數(shù)值模擬碩士研究生：單康導(dǎo)師：曹勇副教授申請(qǐng)學(xué)位：工學(xué)碩士學(xué)科：機(jī)械電子工程所在單位：深圳研究生院答辯日期：2014年12月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)ClassifiedIndex:V439+.2U.D.C:621.455DissertationfortheMasterDegree
2、inEngineeringNUMERICALSIMULATIONOFHALLTHRUSTERPLUMECandidate:ShanKangSupervisor:AssociateProf.CaoYongAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:MechatronicsEngineeringAffiliation:ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence:December,2014Degree-Conferring-Institution:Harbin
3、InstituteofTechnology哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文摘要霍爾推進(jìn)器具有比沖高和壽命長等特點(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)以及作為深空探測器的主推進(jìn)系統(tǒng)，已經(jīng)成為近年來研究航天推進(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)，羽流場的電磁場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
4、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，模擬得到羽流各類粒子在航天器周圍的分布情況，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離子的過程；采用PIC方法模擬CEX離子在電場力作用下的運(yùn)動(dòng)情況；分別采用IFE方法和玻爾茲曼法求解電場，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。本文通過采集撞擊到航天器的CEX
5、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：隨著太陽能板轉(zhuǎn)動(dòng)角度的增大，CEX離子撞擊太陽能板產(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)，太陽能帆板獲得的CEX離子帶來的熱量最少。太陽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
6、大。但是CEX離子對(duì)航天器的最大干擾力不超過霍爾推進(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-I-哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文AbstractBecauseofitslonglifetimeandhighspecificimpulse,Hallthrusterhasbeenwidelyusedforsatelliteorbitalmaintenance,resistancecompensationanddeepspaceexplorationtaskofspacecraft.Hallthrusterhas
7、becometheresearchfocusinthefieldofaeronauticspropulsion.Differentfromthechemicalthruster,theplumeofHallthrusterisplasmathatcreatsaelectromagneticfieldatmosphereandinteractswiththesurfaceofspacecraft,whichaffectstheworkingperformanceofspacecraft.Inthispaper,asimulationmodelisd
8、evelopedfortheplumeinaHallthrustertoinvestigatetheinteractionbetween
