空间同位素热源功率测量方法及其分析与实验研究

摘要

随着空间探测技术的发展，人类的空间探索脚步走向月球、火星、水星等更远的行星际的深层空间，航天器的热源、电源是实现深空探测的关键。同位素热源因其利用同位素的衰变产热，不依赖阳光照射，而成为理想能源，精确测量同位素热源的发热功率是实现同位素热源空间应用的前提。本文开展了适用于空间同位素热源功率测量方法及其分析与实验研究。
　　首先，对同位素热源在空间技术领域应用和热功率测量技术的现状进行了文献调研；阐述了Gardon型热功率测量的工作原理，并建立了热功率测量装置敏感元件的数学模型，并对敏感元件结构设计的影响因素及不同影响因素条件下敏感元件的输入输出特性进行了理论分析；然后，采用数值模拟的方法对敏感元件的结构设计因素进行了计算和分析；搭建了热源功率测量的实验装置，完成了热功率测量的实验测试；最后完成了热功率测量的系统设计，包括量热装置的结构设计、隔热及绝缘结构设计、水冷系统结构设计。
　　本论文的创新点在于：(1)热功率测量原理提供了基于温差-热功率测量和基于热电势.热功率测量两种测量方法，可互相校验，提高了测量结果的准确度；(2)基于温度-热源功率和热电势-热源功率多个通道同时测量，提高系统测量可靠度；(3)敏感元件数学模型的建立，可有效分析不同因素对敏感元件结构设计的影响；(4)敏感元件的数值模拟计算，验证了敏感元件数学模型的正确性。
　　本论文在理论研究和实验研究的基础上，完成了同位素热源功率测量的系统设计，论文中所阐述的理论及实验方法将为今后深入研究柱状热源发热功率的测量提供方法支持。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 同位素热源在空间技术领域的应用概述

1.2 热功率的测量技术进展

1.3 论文的主要工作及章节安排

2 基于Gardon型热功率测量原理的敏感元件数学建模及理论分析

2.1 引言

2.2 Gardon型热功率测量的工作原理

2.3 筒状Gardon型热功率测量装置

2.4 筒状Gardon型热功率测量敏感元件的数学建模

2.5 筒状Gardon型热功率测量敏感元件的理论分析

2.5.1 敏感元件结构设计的影响因素分析

2.5.2 敏感元件的输入输出特性

2.6 小结

3 筒状热功率测量敏感元件的数值分析

3.1 引言

3.2 仿真软件软件简介

3.3 数值计算的模型及求解

3.3.1 数学模型及边界条件

3.3.2 网格划分

3.3.3 网格无关独立解检验

3.4 数值计算结果分析

3.4.1 敏感元件结构设计的影响因素分析

3.4.2 敏感元件的输入输出特性

3.5 小结

4 热功率测量的实验装置及实验研究

4.1 引言

4.2 筒状热功率测量装置的硬件配置

4.3 热功率测量的实验流程及实验步骤

4.4 热功率测量的实验数据分析

4.5 小结

5 空间同位素热源功率测量的系统设计

5.1 引言

5.2 筒状热功率测量系统的量热装置结构设计

5.2.1 敏感元件的结构设计

5.2.2 单簧支撑结构设计

5.2.3 水冷头结构设计

5.2.4 温度传感器及热电势导线固定支架

5.3 隔热及绝缘结构设计

5.4 水冷系统设计

5.5 小结

6 结论及展望

6.1 结论

6.2 展望

攻读硕士学位期间取得的科研成果

致谢

参考文献