太陽(yáng)能熱推進(jìn)系統(tǒng)中吸熱-推力室的流場(chǎng)及性能分析.pdf

1、太陽(yáng)能熱推進(jìn)(STP)是一項(xiàng)新概念、新技術(shù)，屬于特種推進(jìn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能聚光器，吸熱/推力室，工質(zhì)貯存與供給系統(tǒng)組成，通過太陽(yáng)能聚光器聚集的高密度太陽(yáng)輻射能經(jīng)過吸熱腔的吸收，熱傳導(dǎo)給工質(zhì)氣體，然后在推力室內(nèi)工質(zhì)的高溫?zé)崮苻D(zhuǎn)化為動(dòng)能進(jìn)而產(chǎn)生推力，從而實(shí)現(xiàn)工質(zhì)的超高速噴出。與太陽(yáng)能電推進(jìn)(SEP)相比，STP的能量利用率高，它是直接利用太陽(yáng)能加熱工質(zhì)，既省去了結(jié)構(gòu)復(fù)雜的電源管理系統(tǒng)，又使總的能量利用率達(dá)到60[％]-70[％]，而一

2、般的電推進(jìn)是利用太陽(yáng)能帆板產(chǎn)生電能，然后用電能產(chǎn)生推力。由于太陽(yáng)能帆板的光電轉(zhuǎn)換效率僅為20[％]左右，故損失了大部分的光能。與化學(xué)能推進(jìn)相比，STP具有比沖高，并且污染小，推進(jìn)劑消耗量少、無毒、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于同樣的空間飛行任務(wù)，可以大量節(jié)省燃料，增大有效載荷。因此，作為未來微-納衛(wèi)星飛行器的動(dòng)力，進(jìn)一步完善深空探測(cè)、空間軌道轉(zhuǎn)移和姿態(tài)調(diào)控，STP具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?br>　　 本論文應(yīng)用Gambit網(wǎng)格劃分軟件和FLUENT

3、流體計(jì)算軟件，通過對(duì)太陽(yáng)能熱推進(jìn)系統(tǒng)中吸熱/推力室內(nèi)工質(zhì)氣體的流動(dòng)情況進(jìn)行仿真模擬分析，得出如下結(jié)論:
　　 (1)工質(zhì)氫氣和工質(zhì)氨氣的流場(chǎng)分布規(guī)律一致。在流速分布場(chǎng)中，噴管的喉管部位(最小截面處)的馬赫數(shù)接近于1，符合拉伐爾噴管的流動(dòng)特性;在溫度分布場(chǎng)中，喉管部位溫度小于2300K，避免了燒蝕喉管的現(xiàn)象(喉襯熱解石墨的熔點(diǎn)3922K)。
　　 (2)在取壁面溫度為2300K，喉管直徑取為3mm，收斂半角取為30°，擴(kuò)張

4、半角取為20°，噴管的膨脹面積比為100時(shí)，以氫氣為工質(zhì)氣體的STP系統(tǒng)的比沖和推力分別可達(dá)770s和1.17N，以氨氣為工質(zhì)氣體的STP系統(tǒng)的比沖和推力分別可達(dá)388s和0.59N。相同參數(shù)條件下，通過理論公式計(jì)算得出:工質(zhì)氫氣的比沖和推力分別為781s和1.18N；工質(zhì)氨氣的比沖和推理分別為405s和0.61N。模擬值逼近于理論值。
　　 (3)噴管構(gòu)型對(duì)STP系統(tǒng)性能的影響不容忽視。喉管直徑對(duì)工質(zhì)的質(zhì)量流量的影響較明顯，直