微推力器柱阵列加热室流动和换热特性研究

针对丁烷自增压微推力器,设计了微型圆柱阵列结构加热室,通过数值模拟的方法研究了给定加热功率,不同的加热室入口压力下,微柱阵列排列结构对加热室内丁烷气体的流动和换热特性以及微推力器性能的影响。结果表明,微柱阵列的存在明显的提升了加热室换热特性和推力器性能,微柱阵列引起的加热室压力损失很小。相同的排列密度下,采用错排列结构微柱阵列的推力器整体性能更优。微柱阵列的排列密度越大,微推力器加热室换热特性和性能越好。当微柱阵列采用错排列结构时,排列密度增至一定程度后推力器性能不再提升。     

结构参数设计对微喷管性能的影响

微喷管设计加工方法不同于常规尺寸喷管,具有小尺寸、大面积-体积比的特点,内部流动雷诺数低,粘性力影响显著。为研究结构参数设计对蒸发液体微推力器喷管性能的影响,利用三维数值模拟方法研究不同扩张半角、面积比以及刻蚀深度对微喷管推力、比冲的影响。结果显示,增加微喷管扩张半角有利于降低粘性损失,最优扩张半角为30°,其数值大于常规尺寸喷管。增加面积比可以提高气体膨胀程度,但与之同时增加的壁面面积会增加粘性损失,推力、比冲先随面积比增加而增加,面积比为14时达到峰值,随后下降。增加刻蚀深度有利于减小扩张段壁面面积,提高微喷管性能。