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固体微推力器气粒两相羽流场的数值模拟 被引量：6
1
作者 张斌 毛根旺 +1 位作者 胡松启 陈茂林 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第3期314-318,共5页
采用DSMC/EPSM混合算法,结合稀薄流中气粒耦合作用模型,开展了固体微推力器羽流场中气粒两相稀薄流动的数值研究,研究了羽流场中气粒两相参数的分布规律和气相组分分离效应。结果表明,气相与颗粒相间的动量传递导致颗粒相的轴向速度显... 采用DSMC/EPSM混合算法,结合稀薄流中气粒耦合作用模型,开展了固体微推力器羽流场中气粒两相稀薄流动的数值研究,研究了羽流场中气粒两相参数的分布规律和气相组分分离效应。结果表明,气相与颗粒相间的动量传递导致颗粒相的轴向速度显著增加,两相间的能量传递导致颗粒相的温度降低,气相对颗粒相作用显著;由于燃气中颗粒相含量较少,颗粒相对气相压强场、温度场和轴向速度场的影响并不明显;羽流场中气相组分分离效应显著,扩散效应导致分子量最小的氢气组分在壁面附近的真实分子数密度远大于其他组分,小分子量气体组分在羽流场中的高度扩散是羽流对固体微推力器壁面产生侵蚀和附着效应的主要原因。 展开更多
关键词 固体微推力器 DSMC/EPSM 气粒两相流动 羽流 组分分离效应
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基于纳米铝热剂的MEMS固体微推力器点火实验研究 被引量：4
2
作者 卢国权 刘旭辉 +4 位作者 魏延明 杨灵芝 陈明阳 李飞 余西龙 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期945-952,共8页
MEMS固体微推力器可以形成单元数量巨大的微推力器阵列,适合低成本微、纳卫星系统,是极具潜力的新型卫星推力器。为研究基于纳米铝热剂的MEMS推力器工作特性,开展了大气和真空点火实验。大气下的燃烧羽流与空气进一步燃烧,导致羽流的发... MEMS固体微推力器可以形成单元数量巨大的微推力器阵列,适合低成本微、纳卫星系统,是极具潜力的新型卫星推力器。为研究基于纳米铝热剂的MEMS推力器工作特性,开展了大气和真空点火实验。大气下的燃烧羽流与空气进一步燃烧,导致羽流的发光持续时间约数ms,远大于真空试验,过估了在真空条件下的推力器作用时间。真空试验获得了动态推力特征和有效工作时间(约250μs),估算推力器的冲量约55μN·s～80μN·s。羽流影响范围的直径约为30mm、流向约70mm,羽流颗粒的运动速度约132m/s。测试结果显示,底部点火先将推进剂挤出喷孔,而后在外部燃烧和爆炸。羽流形貌有两种特征:一种是剧烈爆炸,产生蘑菇云状气体产物;而另一种未产生气状产物。前者的冲量和有效工作时间大于后者。 展开更多
关键词 固体微推力器 纳米铝热剂 真空 动态测试 羽流
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固体微推力器设计与数值分析 被引量：6
3
作者 周海清 张高飞 尤政 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第3期230-234,共5页
设计了两种基于微光机电技术的固体微推力器结构,其中一种结构具有不连续的非正常拉瓦尔喷管。采用数值计算方法对不同的设计进行了内弹道、燃气流动过程和热损失的数值分析。结果表明:不连续的非正常拉瓦尔喷管同样能够将推进剂燃气加... 设计了两种基于微光机电技术的固体微推力器结构,其中一种结构具有不连续的非正常拉瓦尔喷管。采用数值计算方法对不同的设计进行了内弹道、燃气流动过程和热损失的数值分析。结果表明:不连续的非正常拉瓦尔喷管同样能够将推进剂燃气加速到超声速,其比冲性能与正常拉瓦尔喷管相当;微光机电技术常用的硅材料会造成推力器比冲性能较大量级的下降,而绝热性能良好的玻璃或陶瓷材料可以有效提高微推力器的比冲性能。 展开更多
关键词 固体微推力器^+ 微光机电技术^+ 热损失 微结构设计^+ 数值分析
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固体微推力器点火过程数值研究 被引量：2
4
作者 李腾 方蜀州 +1 位作者 刘旭辉 马红鹏 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第9期1290-1296,共7页
为研究点火元器件加热区域受限下固体微推力器的局部点火过程,通过数值模拟手段,基于流固耦合传热模型和局部网格重构技术建立了推力器局部点火模型,研究了常压环境下的固体微推力器点火过程,分析了点火过程中推力器内燃气的流动和传热... 为研究点火元器件加热区域受限下固体微推力器的局部点火过程,通过数值模拟手段,基于流固耦合传热模型和局部网格重构技术建立了推力器局部点火模型,研究了常压环境下的固体微推力器点火过程,分析了点火过程中推力器内燃气的流动和传热特性,并结合仿真所得推力-时间曲线与全表面点火模型和Jongkwang Lee提出的局部点火模型进行了对比。仿真结果表明,随着推进剂产生燃气往未燃推进剂表面的热反馈,推进剂燃面逐渐扩大。点火过程中喷喉燃气流速未达到声速,外界反压使微喷管内产生逆压梯度,导致喷管扩张段内出现边界层分离。由于喷管扩张段后部逆压梯度随时间增大,喷管扩张段后部回流相应加剧,从而增强了壁面表面的对流换热和燃气主流的动能耗散。模型的推力上升趋势与实际情况更加吻合。 展开更多
关键词 固体微推力器 局部点火模型 逆压梯度 回流 热反馈
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MEMS固体微推力器阵列驱动控制系统设计与试验 被引量：2
5
作者 杨灵芝 陈明阳 +1 位作者 魏延明 刘旭辉 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第9期2115-2121,共7页
为了实现MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)固体微推力器阵列准确可靠点火,阵列单元的点火驱动控制显得尤为重要。设计了驱动控制系统,由电源模块、驱动模块、10×10规模固体微推力器阵列模块、控制及通信模块组成,并分别对... 为了实现MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)固体微推力器阵列准确可靠点火,阵列单元的点火驱动控制显得尤为重要。设计了驱动控制系统,由电源模块、驱动模块、10×10规模固体微推力器阵列模块、控制及通信模块组成,并分别对各个模块的设计进行了介绍。通过把各个模块进行一体化,设计了整机结构,并制备了原理样机。最后对原理样机进行了电爆试验、点火试验以及冲量测试试验,试验表明所设计的驱动控制系统功能完备,能够对阵列单元准确点火以及多单元同时点火,具有很高的可靠性,点火成功率100%。 展开更多
关键词 固体微推力器阵列 驱动 控制 点火 冲量
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MEMS固体微推力器阵列发展研究 被引量：6
6
作者 杨灵芝 魏延明 刘旭辉 《空间控制技术与应用》 CSCD 北大核心 2016年第1期13-19,共7页
固体微推力器阵列具备高精度、小冲量、高密度、可战备贮存快速组装等优点,非常适用于进行特殊任务的微/纳卫星、微/纳卫星编队飞行、快速响应卫星.简要介绍MEMS固体微推力器阵列的结构原理、特点以及应用范围,调研国内外MEMS固体微推... 固体微推力器阵列具备高精度、小冲量、高密度、可战备贮存快速组装等优点,非常适用于进行特殊任务的微/纳卫星、微/纳卫星编队飞行、快速响应卫星.简要介绍MEMS固体微推力器阵列的结构原理、特点以及应用范围,调研国内外MEMS固体微推力器阵列的发展状况.根据调研结果研究得出固体微推力器阵列的关键技术,结合国内外发展现状及相关关键技术提出今后的发展建议. 展开更多
关键词 MEMS 固体微推力器阵列
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一种皮纳卫星MEMS固体微推力器阵列联合姿态控制的高精度方法 被引量：1
7
作者 杨博 李嘉兴 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第7期1378-1386,共9页
针对低成本皮纳卫星实现高精度姿态控制问题,提出了一种飞轮与MEMS固体微推力器(SPM)阵列双模式执行机构联合控制方法。采用全局快速终端滑模控制律解决皮纳卫星受扰机动快速稳定的问题,并通过了Lyapunov稳定性证明。推导出能量最优切... 针对低成本皮纳卫星实现高精度姿态控制问题,提出了一种飞轮与MEMS固体微推力器(SPM)阵列双模式执行机构联合控制方法。采用全局快速终端滑模控制律解决皮纳卫星受扰机动快速稳定的问题,并通过了Lyapunov稳定性证明。推导出能量最优切换模型,即分为飞轮单独控制、飞轮与固体微推力器联合控制以及固体微推力器单独控制3个区间,达到了高稳定精度和固体微推力器最低消耗的双重效果。同时利用蒙特卡罗法方法搜索实际力矩与指令力矩最接近的固体微推力器分配矩阵,以合理安排固体微推力器的点火顺序,使其消耗最少。通过计算机仿真计算表明,提出的飞轮与MEMS固体微推力器阵列双模式执行机构联合控制方法可以使低成本的皮纳卫星完成高精度的控制任务,姿态角精度为0.045 7°,姿态角速率精度为0.006 2(°)/s。 展开更多
关键词 皮纳卫星 高精度 姿态控制 双执行机构 联合控制 固体微推力器(SPM)
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基于区间算法的微小卫星微推力器阵列规模估计 被引量：1
8
作者 闵家麒 朱宏玉 《空间控制技术与应用》 CSCD 北大核心 2017年第5期22-30,共9页
针对以固体微推力器阵列为执行机构的微小卫星初入轨姿态控制需求,研究固体微推力器阵列规模的估计方法.在设计了微推力器阵列单元调用规则和姿态控制律后,考虑微推力器阵列各单元冲量输出的不确定性,使用区间数表示微推力器单元的力矩... 针对以固体微推力器阵列为执行机构的微小卫星初入轨姿态控制需求,研究固体微推力器阵列规模的估计方法.在设计了微推力器阵列单元调用规则和姿态控制律后,考虑微推力器阵列各单元冲量输出的不确定性,使用区间数表示微推力器单元的力矩输出,引入区间算法对初入轨的消旋和姿态捕获两个主要过程中微推力器单元的消耗情况进行计算.利用区间数的不相关性,改善区间计算过程,减小了由区间积分导致的区间扩张.仿真分析表明,提出的固体微推力器阵列规模估计方法可以给出预定入轨条件下的阵列规模需求,且其结果不依赖于微推力器单元力矩输出的概率特性. 展开更多
关键词 姿态控制 执行机构设计 固体微推力器阵列 区间算法
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微小卫星轨道保持的混合切换控制方法 被引量：1
9
作者 杨博 魏鲍杰 +1 位作者 魏延明 苗峻 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2018年第4期20-26,共7页
固体微推力器阵列作为一种新型推力装置用于微小卫星轨道保持具有精度高、无燃料泄漏、冲量可调等优点,但是微推力器推力不连续的特点,使得控制系统设计时与以往的连续系统有所不同。为了充分发挥微推力器高精度的特性,采用基于混合系... 固体微推力器阵列作为一种新型推力装置用于微小卫星轨道保持具有精度高、无燃料泄漏、冲量可调等优点,但是微推力器推力不连续的特点,使得控制系统设计时与以往的连续系统有所不同。为了充分发挥微推力器高精度的特性,采用基于混合系统的切换控制思想,建立了微推力器混合切换系统控制模型。首先,根据固体微推力器的推力特点推导了卫星离散动力学模型;其次,以李雅普诺夫稳定性定律为基础,设计了混合系统脉冲切换控制律;最后,针对小卫星轨道控制进行了仿真验证。结果表明,基于混合系统建立的控制模型能准确反映微推力器的特点,轨道保持精度能达到0.2m,而且推力器消耗量满足卫星长时间在轨运行要求。 展开更多
关键词 微小卫星 固体微推力器阵列 混合切换系统 轨道控制
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MEMS-SPMT喷管内的粘性和热损失研究 被引量：5
10
作者 吴素丽 胡松启 +3 位作者 张斌 刘迎吉 刘凯 王鹏飞 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第1期57-63,共7页
微喷管内流体对壁面的粘性力和热传导可显著影响火箭发动机性能。通过出口亚声速层面积与出口面积比、推力和比冲损失等参数,评估了S-A和低Re数k-ε湍流模型、壁面初始温度和喷管构型因素对微喷管内粘性和热损失效应的影响。结果表明,... 微喷管内流体对壁面的粘性力和热传导可显著影响火箭发动机性能。通过出口亚声速层面积与出口面积比、推力和比冲损失等参数,评估了S-A和低Re数k-ε湍流模型、壁面初始温度和喷管构型因素对微喷管内粘性和热损失效应的影响。结果表明,两种湍流模型在计算粘性边界层上有一定的差异,粘性力造成推力损失22%;换热既减小粘性边界层尺寸,降低粘性作用,也降低微喷管比冲;升高微喷管壁面初始温度,能降低热量损失,增大其尺寸能减小粘性损失,二者均能提高比冲。 展开更多
关键词 MEMS-固体微推力器 粘性损失 换热损失 亚声速边界层 微推力
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