太陽能熱微推進(jìn)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計與性能研究.pdf

1、目前，在深空探測領(lǐng)域的優(yōu)先發(fā)展方向之一是太陽能熱微推進(jìn)技術(shù)。太陽能熱微推進(jìn)系統(tǒng)是利用匯聚的太陽輻射能直接來加熱工質(zhì)氣體，高溫的工質(zhì)氣體由噴管膨脹噴出產(chǎn)生推力的裝置，總能量利用率可達(dá)60％~70%。太陽能熱微推進(jìn)系統(tǒng)應(yīng)用范圍廣，適用于多種航天器不同任務(wù)要求。與大部分傳統(tǒng)推進(jìn)系統(tǒng)相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、比沖高、推進(jìn)劑消耗少、無污染等優(yōu)點。
　　太陽能熱微推進(jìn)技術(shù)是發(fā)動機可持續(xù)發(fā)展的新方向，為了更好地應(yīng)用此技術(shù)，對現(xiàn)有太陽能熱微推進(jìn)系統(tǒng)的優(yōu)

2、化研究工作必不可少。本文選擇以聚光器、推力器分系統(tǒng)和基于空間任務(wù)的太陽能熱微推進(jìn)系統(tǒng)為研究對象，構(gòu)建物理模型、數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行仿真分析、優(yōu)化分析，并輔以實驗驗證模型正確性。
　　首先，對聚光器分系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，構(gòu)建了以太陽光收集效率和聚光器系統(tǒng)質(zhì)量為性能評估準(zhǔn)則的優(yōu)化模型，分別使用NCGA和NSGA-Ⅱ兩種改進(jìn)型遺傳算法對聚光器系統(tǒng)進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化；然后，在推力器分系統(tǒng)中，對層板工質(zhì)氣體流動單元和噴管進(jìn)行物理建模和流動仿真，分析包括

3、流動單元體厚度、小孔直徑、層板周向直徑等關(guān)鍵參數(shù)對加熱效果的影響，通過運用試驗設(shè)計方法，同噴管進(jìn)行一體化設(shè)計，獲得可優(yōu)化加熱效果的換熱芯結(jié)構(gòu)參數(shù)；其次，為了對模型的正確性進(jìn)行驗證，本文對太陽能熱微推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行測試實驗，分別在常溫和高溫條件下進(jìn)行推力測試；最后，綜合聚光器系統(tǒng)、推力器系統(tǒng)和實驗研究結(jié)果，對應(yīng)用于微小衛(wèi)星的太陽能熱微推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，以太陽能熱微推進(jìn)器有效比沖最高、太陽能熱微推進(jìn)系統(tǒng)推進(jìn)效率最高、推進(jìn)系統(tǒng)質(zhì)量最小為優(yōu)化目