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摘 要

小型卫星将在太空中发挥越来越大的作用。因此，小型卫星能力的提高将需要同样强力的推进系统。小型卫星简单可靠的推进方案的技术是有限的。新一代的小型宇宙飞船，预期质量在1-20公斤之间，将需要新的微型推进系统，能够提供基本的姿态控制功能。混合动力或多模态推进器可以在一个封装中实现高推力或高脉冲推进。它允许任何一种装置在给定的时间内产生推力。对微型卫星适应不同任务提供了更好的解决办法。本次研究将围绕电喷射和蒸汽喷射的一体化进行分析论述。

首先，本论文对比分析国内外关于蒸汽喷射和电喷射的设计制造文献，根据任务要求，设计了耐高温树脂3D打印推进器的总体方案。并详细设计了推进器结构，包括：蒸发室、流道、喷管、注液口、加热槽等。采用氯化钾溶液作为推进剂，利用镍络合金丝加热液体蒸发产生推力，PI加热膜保持树脂基体温度稳定在一个较高温度上，加热温度可以通过调压器调节电压实现调节，树脂材料采用耐高温树脂，耐温289度。在喷管和金属极板之间加高电压实现带电液滴的喷射。推力的测量采用电子分析天平，液体由注射泵实现定量供应。

通过labview采集天平串口数据，可以得到温度、流量和蒸汽推力的关系；输入功率 和输出功率的关系；电压、流量和电喷射推力的关系。

关键词：蒸汽喷射，电喷射，一体化

ABSTRACT

Small satellites will play an increasing role in space.As a result, improvements in small satellites will require an equally powerful propulsion system.The technology for a simple and reliable propulsion programme for small satellites is limited.A new generation of small spacecraft, expected to weigh between 1 and 20 kilograms, will need new micro-propulsion systems to provide basic attitude control.Hybrid or multimode thrusters can achieve high thrust or high pulse propulsion in a package.It allows any device to generate thrust at a given time.Better solutions are provided for adapting microsatellites to different tasks.This study will focus on the integration of electric injection and steam injection.

First of all, this paper compares and analyzes the domestic and foreign literature on the design and manufacture of steam injection and electric injection. According to the task requirements, the overall scheme of high temperature resistant resin 3D printing thruster is designed.In addition, the propeller structure is designed in detail, including: evaporation chamber, flow channel, nozzle, injection port, heating tank, etc.Using potassium chloride solution as propellant, the use of nickel chelating silk heating liquid evaporation generate thrust, PI heating film keep resin substrate temperature stability at a high temperature, the heating temperature can be regulated by voltage regulator adjusting voltage, using high temperature resistant resin, the resin material heat resistance of 289 degrees.High voltage is applied between the nozzle and the metal plate to realize the injection of charged droplets.The measurement of thrust force adopts electronic analytical balance, and the liquid is supplied quantitatively by injection pump.

The relationship between temperature, flow and steam thrust can be obtained by collecting serial balance data from labview.Relationship between input power and output power;The relationship between voltage, flow and electric injection thrust.

KEY WORDS: Steam injection, Electric injection, Integration

目 录

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2原理介绍 2

1.2.1蒸汽喷射 2

1.2.2静电喷射 3

1.2.3一体化设计 3

1.3设计动机和目标 4

1.4研究背景和意义 4

1.4.1研究背景 4

1.4.2研究意义 5

1.5文献综述 6

1.6课题关键问题及难点 8

1.7本章小结 9

第二章 设计过程 10

2.1利用SolidWorks进行结构设计 10

2.1.1模型结构与尺寸 11

2.1.2建模中遇到的问题和解决方法 11

2.2利用form2 3D打印机打印成型 11

2.2.1 form2 3D打印机 12

2.2.2 Preform软件 13

2.2.3打印流程 14

2.2.4打印过程中出现的问题和解决方法 14

2.3加热方案 15

2.3.1 利用PI加热膜膜间接加热 15

2.3.2 利用镍络合金丝直接加热 15

2.4液体供应 16

2.5本章小结 16

第三章 测试与分析 17

3.1测试平台的搭建 17

3.1.1 FA2204电子分析天平 18

3.1.2红外线加热灯 19

3.1.3 labview采集串口数据 19

3.1.4 加热电源 22

3.1.5 注射泵 23

3.1.6高压电源 23

3.2测试结果 24

3.2.1蒸汽喷射 24

3.2.2静电喷射 27

3.3本章小结 29

第四章 结语 30

致 谢 32

参考文献 33

第一章 绪论

1.1引言

微型化是当前技术发展的重要方向之一，在航空航天卫星的应用方面，负责卫星轨道转移和姿态控制的推进器的探讨和研究已经持续了数十年的时间。尽管在过去，许多非常小的航天器都缺乏推进系统，但未来的微型宇宙飞船可能需要强大的推进能力，以提供高度的机动性和能力。在这些情况下，星际飞船将需要姿态控制来指示航天器进行观测或通信，从而建立对非常小的姿态控制推进器的需求。在美国国家航空航天局（NASA）内部，目前正在进行一项研究和开发计划，以调查微型航天器在1-20公斤级的可行性。这一发展背后的动机是希望减少发射质量，以降低任务成本，并大幅提高发射率。典型的行星际任务的发射成本可能高达整个任务成本的30%，由于航天器质量的大幅降低，这些成本可能会显著降低。此外，可以设想微型宇宙飞船的任务场景，而不是发射一艘大型宇宙飞船，而是由几艘较小的微型宇宙飞船组成的舰队完成任务，并将科学有效载荷分布在微型飞行器中，以降低任务风险。一架微型宇宙飞船的损失不会消除整个任务。在现在，推进器的基本形式包括：电推进式、化学反应式、电阻加热式或者上述几种基本形式的结合。本文就是探讨一种电推进和电阻加热蒸汽喷射实现一体化设计的方法，并增材制造、测试分析。

1.2原理介绍

1.2.1蒸汽喷射

图1.1 蒸汽喷射原理

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