固体冷气微推力器气体发生技术研究

发布时间：2017-08-20 23:26

  本文关键词：固体冷气微推力器气体发生技术研究

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【摘要】：设计了适用于微纳卫星的固体冷气微推力器,主要由储气室、压力传感器、电磁阀、喷口、冷气生成器组成。通过理论分析选择以NaN3为产气剂,Fe203为氧化剂的冷气发生剂,并对其进行产气性能表征,得出随着冷气发生剂氧差的减小,产气量和产气温度越来越高,当氧差为-5时,反应速率和反应后气室内的峰值温度最高。纯NaN3冷气发生剂添加0.05gAl/CuO铝热剂时,分解率高、产气温度低,基本满足固体冷气微推力要求。通过在NaN3内添加LiF、Na2SiO3后,优化了冷气发生剂产气性能,在配方为NaN3/LiF/Na2SiO3=80%/10%/10%时,生成的氮气所含固体杂质少,而且该配方的火药力和余容较低。选择电热丝作为优化后的点火装置,在电热丝直径为0.2mm、供电功率为2W的情况下,功耗少、升温速率快、满足冷气发生剂的点火要求。改进后的冷气生成器在装药量为0.3g时点火后气室内峰值压力和产气温度低,基本满足固体冷气微推力器的要求。利用COMSOL Multiphysics软件对电热丝点火装置真空发火可靠性进行仿真模拟,得出当通电时间为2s时,即可达到冷气发生剂的发火点。使用扭摆推力测试平台研究了固体冷气微推力器的推力性能,结果表明储气室内的压力为0.15MPa～0.5MPa时,所产生的冲量与压力呈线性函数关系。
【关键词】：微纳卫星 微推力器 冷气发生剂 数值模拟 冲量测试
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V43
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 微推进系统研究现状10-13
• 1.2.1 微型电推进系统研究现状10-11
• 1.2.2 微型冷气推进系统研究现状11-13
• 1.3 气体发生剂研究现状13-15
• 1.3.1 叠氮类气体发生剂14
• 1.3.2 非叠氮类气体发生剂14-15
• 1.4 本论文研究工作15-17
• 2 固体冷气微推力器设计方案17-25
• 2.1 固体冷气微推力器应用背景和技术要求17-19
• 2.1.1 固体冷气微推力器应用背景17-18
• 2.1.2 固体冷气微推力器技术要求18-19
• 2.2 固体冷气微推力器设计思路及设计方案19-24
• 2.2.1 外形尺寸设计19-20
• 2.2.2 冷气生成器设计20-22
• 2.2.3 电磁阀选型22-23
• 2.2.4 喷口设计23
• 2.2.5 压力传感器选型23-24
• 2.3 本章小结24-25
• 3 固体冷气发生剂配方设计与性能表征25-37
• 3.1 冷气发生剂组分选择25-27
• 3.1.1 可燃剂25-26
• 3.1.2 氧化剂26
• 3.1.3 添加剂26-27
• 3.2 冷气发生剂配方理论分析27-28
• 3.3 冷气发生剂产气性能表征28-36
• 3.3.1 冷气发生剂的制备28-29
• 3.3.2 冷气发生剂点火实验29-30
• 3.3.3 实验结果分析30-33
• 3.3.4 提高冷气发生剂分解率研究33-36
• 3.4 本章小结36-37
• 4 固体冷气生成器集成及性能表征37-51
• 4.1 冷气发生剂与冷气生成器的匹配37-43
• 4.1.1 冷气发生剂配方计算37-39
• 4.1.2 冷气发生剂测试样品制备39-40
• 4.1.3 实验测试结果40-42
• 4.1.4 冷气发生剂密闭爆发器实验42-43
• 4.2 点火装置与冷气生成器的匹配43-48
• 4.2.1 点火头与冷气生成器的匹配研究43-45
• 4.2.2 电热丝与冷气生成器的匹配研究45-48
• 4.3 冷气生成器集成及性能表征48-49
• 4.4 本章小结49-51
• 5 固体冷气微推力器产气性能表征51-63
• 5.1 冷气生成器发火可靠性数值模拟51-58
• 5.1.1 软件介绍51
• 5.1.2 模型的建立51-54
• 5.1.3 电热丝地面环境模拟结果分析54-56
• 5.1.4 电热丝真空环境模拟结果分析56-58
• 5.2 固体冷气微推力器的冲量测试58-62
• 5.2.1 系统测试原理58-59
• 5.2.2 固体冷气微推力器冲量测试59-62
• 5.3 本章小结62-63
• 6 全文总结与展望63-65
• 6.1 结论63-64
• 6.2 创新点64
• 6.3 展望64-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-71
• 附录71

【参考文献】

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本文编号：709527