ADN基单组元推力器工作过程中催化分解及燃烧特性仿真研究

摘要

推力系统是卫星的重要组成部分，决定着卫星的定位、姿态控制精度以及使用寿命。随着航天技术的发展，微推力器在航天器方面的应用十分广泛。微推力器可以实现精确冲量控制并用于精确控制飞行器姿态，具有体积小、响应速度快、可靠性高等特点。微推力器可有多种工质，由于基于肼推进剂有毒，近年来，采用绿色高能的ADN基推进剂的ADN基单组元推力器成为研究热点。ADN基推力器内包含着复杂的物理化学过程，包括推进剂的射流喷雾、蒸发、催化分解反应以及燃烧反应等众多复杂的过程，并且它们之间有着强烈的耦合关系。为了更深入的研究ADN基推力器内的工作过程，本文采用数值模拟的方法来探究其内部的工作过程。
　　本文对ADN基推力器内复杂的工作过程研究的基础之上建立了喷雾模型、多组分蒸发模型以及多孔介质模型，来研究ADN基单组元推力器工作过程中催化分解及燃烧特性。采用实验的方法对ADN基推力器多孔介质内的流阻特性进行研究，得到其流阻特性变化曲线。以现有ADN基推力器为研究对象，确定在热辐射边界条件下，计算推力器工作过程。根据得到的燃烧室内温度和压力峰值的仿真结果与实验结果进行对比，并验证仿真模型的准确性。对推力器开机机过程、稳定状态和关机过程进行了深入的分析。
　　本文对ADN基推力器在不同推进剂质量流量、催化床孔隙率以及喷管扩张角的工况下的工作过程进行了深入分析。研究不同推进剂质量流量、催化床孔隙率以及喷管扩张角的作用机理对ADN基推力器性能的影响规律。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状及发展趋势

1．2．1 小推力无毒推力器研究现状

1．2．2 ADN基推进剂研究现状

1．2．3 ADN推进剂的合成、热分解以及燃烧研究现状

1．2．4 多孔介质传热传质研究现状

1．3 本论文的主要研究内容

2 ADN单组元推力器工作过程数学模型

2．1 流动基本控制方程

2．2 喷雾模型

2．3 多组分液滴蒸发模型

2．4 多孔介质传热传质模型

2．5 辐射模型

2．6 ADN推进剂反应动力学模型

2．7 本章小结

3 ADN基单组元推力器仿真模型的建立

3．1 ADN基单组元推力器三维几何模型的建立

3．2 催化床多孔介质内流阻特性分析

3．2．1 催化床内流阻特性实验分析

3．2．2 催化床内流阻数值模拟分析

3．3 不同换热边界条件计算结果对比分析

3．4 ADN基单组元推力器初始边界条件

3．5 ADN基推力器仿真值与实验值对比分析

3．6 本章小结

4 ADN基单组元推力器催化分解及燃烧特性仿真分析

4．1 ADN基单组元推力器开机过程中催化分解及燃烧特性分析

4．2 ADN基单组元推力器稳定状态催化分解及燃烧特性分析

4．3 ADN基单组元推力器关机过程中催化分解及燃烧特性分析

4．4 本章小结

5 不同参数对ADN基推力器催化分解及燃烧特性的影响分析

5．1 质量流量对ADN基推力器催化分解及燃烧特性的影响分析

5．2 孔隙率对ADN基推力器催化分解及燃烧特性的影响分析

5．3 喷管扩张角对ADN基推力器催化分解及燃烧特性的影响分析

5．4 本章小结

6．1 全文总结

6．2 工作展望

参考文献

作者简历

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