太陽能熱推進系統(tǒng)中吸熱-推力室的流場及性能分析.pdf

1、太陽能熱推進(STP)是一項新概念、新技術，屬于特種推進系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由太陽能聚光器，吸熱/推力室，工質貯存與供給系統(tǒng)組成，通過太陽能聚光器聚集的高密度太陽輻射能經過吸熱腔的吸收，熱傳導給工質氣體，然后在推力室內工質的高溫熱能轉化為動能進而產生推力，從而實現工質的超高速噴出。與太陽能電推進(SEP)相比，STP的能量利用率高，它是直接利用太陽能加熱工質，既省去了結構復雜的電源管理系統(tǒng)，又使總的能量利用率達到60[％]-70[％]，而一

2、般的電推進是利用太陽能帆板產生電能，然后用電能產生推力。由于太陽能帆板的光電轉換效率僅為20[％]左右，故損失了大部分的光能。與化學能推進相比，STP具有比沖高，并且污染小，推進劑消耗量少、無毒、經濟性好等優(yōu)點，對于同樣的空間飛行任務，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)星飛行器的動力，進一步完善深空探測、空間軌道轉移和姿態(tài)調控，STP具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?br>　　 本論文應用Gambit網格劃分軟件和FLUENT

3、流體計算軟件，通過對太陽能熱推進系統(tǒng)中吸熱/推力室內工質氣體的流動情況進行仿真模擬分析，得出如下結論:
　　 (1)工質氫氣和工質氨氣的流場分布規(guī)律一致。在流速分布場中，噴管的喉管部位(最小截面處)的馬赫數接近于1，符合拉伐爾噴管的流動特性;在溫度分布場中，喉管部位溫度小于2300K，避免了燒蝕喉管的現象(喉襯熱解石墨的熔點3922K)。
　　 (2)在取壁面溫度為2300K，喉管直徑取為3mm，收斂半角取為30°，擴張

4、半角取為20°，噴管的膨脹面積比為100時，以氫氣為工質氣體的STP系統(tǒng)的比沖和推力分別可達770s和1.17N，以氨氣為工質氣體的STP系統(tǒng)的比沖和推力分別可達388s和0.59N。相同參數條件下，通過理論公式計算得出:工質氫氣的比沖和推力分別為781s和1.18N；工質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)噴管構型對STP系統(tǒng)性能的影響不容忽視。喉管直徑對工質的質量流量的影響較明顯，直