火星飞行器推进系统多方案研究

《火星飞行器推进系统多方案研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、硕士学位论文火星飞行器推进系统多方案研究MULTI-SCHEMERESEARCHFORPROPULSIONSYSTEMOFMARSAIRCRAFT吕传文哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TK05学校代码：10213国际图书分类号：621.1密级：公开工程硕士学位论文火星飞行器推进系统多方案研究硕士研究生：吕传文导师：秦江副教授申请学位：工程硕士学科：动力工程所在单位：能源科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TK224.1U.D.C.:621

2、.18DissertationfortheDegreeofMasterinEngineeringMULTI-SCHEMERESEARCHFORPROPULSIONSYSTEMOFMARSAIRCRAFTCandidate:LvChuanwenSupervisor:AssociateProf.QinJiangAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:PowerEngineeringAffiliation:SchoolofEnergySci.&Eng

3、.DateofDefense:June,2018Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology摘要摘要火星飞行器不仅可以解决探测范围和测量精度的矛盾，也将在未来更进一步的采样返回、载人登陆等探测活动中发挥作用。作为飞行器的核心部分，推进系统需在各种工况下都能为飞行器提供充足的动力。火星和地球环境的巨大差异，将使得现有的任何一种航空宇航推进系统都不再完全适用。本文从就地资源利用(ISRU)的角度出发，结合具体的火星可用资源，提出了火星飞行器及其推

4、进系统的总体设计方案；从飞行器总体参数设计的角度出发，针对每种方案评估了飞行器的能源与推力需求；结合火星大气参数，分析了火星环境下各种推进系统的理论性能范围，评估了飞行器和推进系统的参数匹配情况；最后作为对优选方案的进一步支撑和细化，开展了推进系统核心部件的总体设计工作。本文的主要结论为：同吸气式发动机、火箭发动机相比，螺旋桨具有最高的能量转化效率；综合考虑设计自由度、特征尺寸以及航程/载荷性能等多方面因素，以螺旋桨和火箭发动机为动力装置的固定翼飞机，是火星飞行器总体方案的最佳选项；使得液氧/甲烷火箭发动机取得

5、最大理论比冲的余氧系数约0.8，当发动机总体参数水平较低时，仅需采用采用部分燃料用作冷却剂即可，且为了降低泵功率冷却剂流量应尽可能降低。关键词：火星飞行器；推进系统；总体设计-I-AbstractAbstractTheMarsaircraftcannotonlysolvethecontradictionbetweenthedetectionrangeandmeasurementaccuracy,butalsoplayaroleinfurthersamplingandreturningandmannedlandi

6、ng.Asthecorepartoftheaircraft,thepropulsionsystemmustprovidesufficientpowerfortheaircraftundervariousoperatingconditions.ThevastdifferencesbetweenMarsandtheEarth'senvironmentwillmakeanyexistingaerospacepropulsionsystemnolongerfullyapplicable.Inthispaper,theo

7、veralldesignofMarsaircraftanditspropulsionsystemisproposedfromtheperspectiveofInSuitResourceUtilization.Fromthepointofviewofoverallaircraftdesignparameters,theenergyandthrustrequirementsoftheaircraftwereevaluatedforeachscenario.IncombinationwiththeMartianatm

8、osphericparameters,thetheoreticalperformancerangeofvariouspropulsionsystemsundertheMarsenvironmentwasanalyzed,andtheparametermatchingoftheaircraftandthepropulsionsystemwasevaluated.Finally,asafu