吸气式电推进集气装置的特性仿真

摘要

为了延长在低地轨道(LEO)和极低地球轨道(VLEO)的卫星寿命,使用吸气式电推进器提供推力成为研究的热点.然而,150 km高度以上的大气非常稀薄,需要将气体收集压缩之后才能供给推进器使用,所以对气体收集装置的结构设计非常重要.本文使用直接仿真蒙特卡洛(DSMC)方法对进气装置进行数值模拟,得到进气装置内外流场的平均数密度和速度分布云图,发现进气装置前段流场存在类激波结构,流场存在热力学非平衡现象;研究了压缩角度θ(7°～45°)和进出口直径比a(3～7)对流动的影响,最后分析了分子与壁面碰撞模型对收集效果的影响.结果表明,在出口直径相等的情况下,压缩段角度越大,出口截面平均气体速度越大;当压缩角度θ为15°和30°时,出口粒子流量较大;入口直径增大时,粒子浓度上升速度减慢;粒子流量和粒子浓度比在进出口直径比a为6时均存在最大值,当直径进一步增大时,出口处粒子浓度反而降低;气体分子在完全漫反射模型下收集效率更高.