霍爾推進(jìn)器羽流的數(shù)值模擬.pdf

1、霍爾推進(jìn)器具有比沖高和壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，特別適用于航天器執(zhí)行如衛(wèi)星的位置保持和阻力補(bǔ)償?shù)热蝿?wù)以及作為深空探測(cè)器的主推進(jìn)系統(tǒng)，已經(jīng)成為近年來研究航天推進(jìn)器領(lǐng)域的熱點(diǎn)。不同于以往化學(xué)推進(jìn)器羽流，霍爾推進(jìn)器羽流呈等離子體態(tài)，羽流場(chǎng)的電磁場(chǎng)氛圍以及羽流粒子與航天器表面相互作用會(huì)直接影響到航天器工作性能。因此，研究霍爾推進(jìn)器羽流場(chǎng)與航天器之間的作用具有重要意義。本文將建立霍爾推進(jìn)器的羽流的數(shù)值模擬模型，研究羽流粒子與航天器之間的相互作用對(duì)航天器工作的

2、影響。
　　本文采用IFE-PIC-MCC數(shù)值模擬方法建立起 SMART-1衛(wèi)星的霍爾推進(jìn)器羽流的三維數(shù)值模型，模擬得到羽流各類粒子在航天器周圍的分布情況，重點(diǎn)研究羽流中 CEX離子的產(chǎn)生和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并且分析 CEX離子對(duì)航天器表面的產(chǎn)生的干擾力和熱載荷的影響。采用DSMC方法對(duì)中性原子運(yùn)動(dòng)及其之間的相互碰撞進(jìn)行數(shù)值模擬，得到中性原子在羽流場(chǎng)中的平衡分布；采用MCC碰撞模擬電荷交換碰撞生成 CEX離子的過程；采用PIC方法模擬 C

3、EX離子在電場(chǎng)力作用下的運(yùn)動(dòng)情況；分別采用IFE方法和玻爾茲曼法求解電場(chǎng)，仿真模擬得到各自的CEX離子的運(yùn)動(dòng)分布，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。
　　本文通過采集撞擊到航天器的CEX離子的速度、位置和能量分布，計(jì)算不同條件下 CEX離子對(duì) SMART-1衛(wèi)星表面和太陽(yáng)能帆板表面的熱載荷和作用力的數(shù)值大小，并且對(duì)其規(guī)律加以分析。結(jié)果表明：隨著太陽(yáng)能板轉(zhuǎn)動(dòng)角度的增大，CEX離子撞擊太陽(yáng)能板產(chǎn)生的干擾力和熱載荷都會(huì)有一些減小。當(dāng)太陽(yáng)能帆板表面