微小推力太陽(yáng)能熱推進(jìn)系統(tǒng)高效聚光技術(shù)研究

【摘要】：為有效提高空間太陽(yáng)能聚光器的聚光效率,本文提出了一種用于太陽(yáng)能熱推進(jìn)器的具有傘狀龍骨結(jié)構(gòu)的可折疊展開(kāi)式拋物面太陽(yáng)能聚光器設(shè)計(jì)方案,該聚光器既可以克服充氣展開(kāi)式拋物面聚光器的展開(kāi)度低、褶皺多及偏離標(biāo)準(zhǔn)拋物面的面差大、展開(kāi)及對(duì)日跟蹤難以控制等技術(shù)難題,也可以克服剛性固定拋物面聚光器質(zhì)量和體積龐大、聚光功率低等問(wèn)題。設(shè)計(jì)了一個(gè)聚光功率100 KW、開(kāi)口圓半徑4.9m的可折疊展開(kāi)式傘狀龍骨結(jié)構(gòu)正焦拋物面聚光器,利用FLUENT軟件對(duì)太陽(yáng)能熱推進(jìn)器進(jìn)行了模擬和性能預(yù)示,以氫氣為工質(zhì)氣體,得到系統(tǒng)的推力和比沖可以分別到達(dá)10.23N和701.4s,結(jié)果表明,這種推進(jìn)器具有比沖高,推力適中的特點(diǎn),可以用于微小衛(wèi)星、納衛(wèi)星的軌道轉(zhuǎn)換及姿態(tài)控制的微小推力使用。利用ANSYS軟件對(duì)聚光器空間工作穩(wěn)定性進(jìn)行了有限元結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析,計(jì)算結(jié)果表明：在考慮太陽(yáng)風(fēng)和一定表面張力的情況下,這種龍骨結(jié)構(gòu)的引入在很大程度上抵消了反射膜材料表面張力和太陽(yáng)風(fēng)對(duì)聚光器工作形態(tài)的影響,保證了其在太空環(huán)境的正常工作,驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的合理性。 通過(guò)對(duì)微小、納米衛(wèi)星太陽(yáng)能熱推進(jìn)技術(shù)的系統(tǒng)研究得出,若需達(dá)到微小推力大于0.5牛頓、比沖大于350秒的要求,把微小推力太陽(yáng)能熱推力器系統(tǒng)方案優(yōu)化為：一次反射面為可折疊展開(kāi)式傘狀龍骨結(jié)構(gòu)的格里高利雙反式一次聚光器,二次聚光器采用折射式二次聚光器(RSC),以藍(lán)寶石作為制備RSC的材料,二次聚光器在出口處通過(guò)光纖連接器與多模光纖相連,最后通過(guò)三角錐狀的能量提取器將聚焦的太陽(yáng)能導(dǎo)入吸熱／推力室來(lái)實(shí)現(xiàn)高效聚光的系統(tǒng)技術(shù)方案。 【關(guān)鍵詞】：太陽(yáng)能熱推進(jìn) 一次聚光器 傘狀龍骨 比沖 推力 有限元 靜力學(xué)分析
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類(lèi)號(hào)】：TK513
【目錄】：

• 摘要7-8
• Abstract8-9
• 第1章 緒論9-29
• 1.1 微小、納米衛(wèi)星的提出和應(yīng)用前景9-18
• 1.2 微小、納米衛(wèi)星推進(jìn)技術(shù)的研究18-20
• 1.3 太陽(yáng)能熱推進(jìn)的概念20-21
• 1.4 STP的研究現(xiàn)狀21-23
• 1.5 STP的工作原理和典型結(jié)構(gòu)23-26
• 1.6 折射式二次聚光太陽(yáng)能熱推力器26-27
• 1.7 本論文研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)27-29
• 第2章 高效一次聚光器的設(shè)計(jì)方案29-43
• 2.1 聚光器結(jié)構(gòu)、光路和聚光比的設(shè)計(jì)原則29-33
• 2.2 結(jié)構(gòu)材料及膜材料33-34
• 2.3 常用一次聚光器的類(lèi)型34-37
• 2.3.1 充氣展開(kāi)式拋物面聚光器35
• 2.3.2 剛性?huà)佄锩婢酃馄?/span>35-37
• 2.4 傘狀龍骨聚光器的提出與設(shè)計(jì)37-41
• 2.4.1 傘狀龍骨聚光器下STP性能模擬預(yù)示39-41
• 2.5 性能、用途總結(jié)41-43
• 第3章 傘狀龍骨聚光器機(jī)構(gòu)的可靠性有限元分析43-55
• 3.1 幾何模型的建立43
• 3.2 有限元模型建立43-47
• 3.2.1 實(shí)常數(shù)的設(shè)定44-46
• 3.2.2 材料的選取及網(wǎng)格的劃分46-47
• 3.3 載荷及邊界條件的設(shè)定47-48
• 3.4 結(jié)果分析48-52
• 3.5 采用工質(zhì)為氨氣環(huán)境下的STP算例52-54
• 3.6 微小推力STP一次聚光器的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案及參數(shù)54-55
• 第4章 二次聚光的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)55-65
• 4.1 二次聚光器的選型55-56
• 4.2 折射式二次聚光器的工作原理56-57
• 4.3 折射式二次聚光器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)57-61
• 4.4 光纖原理61
• 4.5 選型61-62
• 4.6 傳輸效率62-65
• 第5章 微小推力太陽(yáng)能熱推力器系統(tǒng)方案總結(jié)65-69
• 5.1 一次聚焦方案65-66
• 5.2 二次聚焦方案66-67
• 5.3 聚光比67
• 5.4 功率面密度67
• 5.5 工作點(diǎn)溫度67
• 5.6 光線(xiàn)傳輸方式67-68
• 5.7 集中鏡效率(系統(tǒng)傳輸效率)68
• 5.8 太陽(yáng)光輸出功率68
• 5.9 發(fā)展STP技術(shù)的途徑68-69
• 結(jié)論與展望69-71
• 參考文獻(xiàn)71-74
• 致謝74-75
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文75

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