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作为MEMS技术的一个重要分支,微流体推进系统的研究已取得了很大的发展,并在航空、航天等领域有了广泛的应用。本文采用数值模拟和实验相结合的方法,针对微推进系统推力矢量控制技术和微推力测试技术两方面进行研究。
在推力矢量控制方面,本文主要研究了两种方法:喉部射流与喉部变形。在喉部射流推力矢量控制方法方面,本文主要应用可压缩修正的k-ε双方程湍流模型对流动进行模拟,研究二次流矢量喷管中二次流不同入射角度时,二次流入射质量比对矢量偏角、推力效率的影响。通过比较实验数据,发现可压缩修正的k-ε双方程模型较标准k-ε模型、单方程湍流模型具有更好的计算精度。数值研究结果发现,二次流推力质量控制方法在获得较大的矢量偏角同时,系统推力效率降幅较小;当二次流入射角度为150°时,系统具有最大的矢量偏角。而针对喉部变形推力矢量控制方法,本文提出利用智能可变形材料,通过喷管喉道变形,实现喷管的推力矢量控制。采用可压缩修正的k-ε双方程湍流模型、标准k-ε双方程湍流模型和单方程模型对其推力矢量控制特性进行数值模拟。结果表明,可压缩性修正后的k-ε双方程湍流模型具有最好的模拟结果。同时还发现,喉部变形方法较喉部射流推力矢量控制方法有较大的推力效率,但可控的矢量偏角变化范围较小。
微推力器推力测试方法方面,在综述了前人微推力测试技术的基础上,本文主要研制出了两种微推力测量系统:1)基于台架力学行为的静推力与脉冲冲量测量方法:2)基于电子天平的反冲静推力测量方法由于标定用静滑轮存在摩擦力过大的问题,第一种方法无法进行准确的微推力测量;第二种方法可以实现较小静推力的测量,但是不能进行脉冲冲量的测量。