微小超高压冷气推进系统动态工作性能仿真研究.pdf

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1、上海航天AEROSPACESHANGHAI第31卷2014年第6期文章编号：1006—1630(2014)06—0052—05微小超高压冷气推进系统动态工作性能仿真研究王璐1，李国岫1，虞育松1，汪旭东2(1．北京交通大学机械与电子控制工程学院，北京100044；2．北京控制工程研究所，北京100044)摘要：用Amesim一维仿真软件对某微小超高压冷气推进系统(以下简称冷气推进系统)的填充过程、开机过程以及关机过程等动态工作特性性能进行了仿真分析。冷气推进系统包括气瓶、减压阀、电磁阀和喷管等四大组件，通过建立各组件的子模型建立了整个冷气推进系统的

2、仿真模型。仿真结果与实验结果相吻合，验证了仿真模型的准确性。仿真结果表明该冷气推进系统的工作推力可迭约200mN。关键词：冷气推进系统；超高压i一维仿真；动态性能中图分类号：V43文献标志码：ASimulationofDynamicPerformanceofMicroCold—GasPropulsionSystemwithUltrahighPressureWANGLul，LIGuo—xiul，YUYu—son91，WANGXu—don92(1．Sch001ofMechanical，ElectrOnicandControlEnglneering，Be

3、ijingJiaotongUn‘iversity，Beijing100044，China；2．BeijingInstituteofControlEngineering，Beijing100044，China)Abstract：Inordertounderstandthedynamicperformanceofmicrocold—gaspropulsionsystemwithultrahighpressure(calledcold-gasthrusterforshort)，thefillingprocess，openingprocessandclos

4、ingprocesswith1DsimulationsoftwareAmesimwassimulatedinthispaper．Thecold—gasthrusterwascomposedofgascylinder，pressurereliefvalve，solenoidvalveandnozzle．Thesubmodelofeverycomponentwassetupandcombinedintoawholemodel．Thesimulationresultsconsistwithexperimentalresults，anditprovedth

5、ecorrectnessofthemodel．Besides，asthesimulationresultsrevealthestablethrustofcold-gasthrusterwasabout200mN．Keywords：Cold—gaspropulsionsystem；Ultrahighpressure；1Dsimulation；Dynamicperformance0引言目前冷气推进系统主要应用于小型卫星，在小型卫星的轨道调整、引力补偿和姿态控制提供动力支持。现阶段研究的冷气推进系统的主要工作介质是压缩气体如空气、氦气、氮气等，最高储气压

6、力30～40MPa，前人的研究主要集中于一般工作压力下的冷气推进系统或推进系统内重要部件的稳态和动态工作性能，并未涉及填充后冷气推进系统的首次开机过程口。7]。某微小超高压冷气推进系统以氮气作为工作介质，研究储气压力60～120MPa时整个冷气推进系统的动态工作性能。超高压的设计可收稿日期：2013—1卜24；修回日期：2013一12—24作者简介：王t瑶t(1988--)，男，硕士生，主要研究方向为卫星推进系统工作性能。使气瓶在强度允许条件下存储更多的气体，利于延长工作次数和工作时间，但压力升高的同时可能会对冷气推进系统的工作性能产生影响。为此，

7、本文对填充过程、填充完成后首次开机过程、再次开机过程，以及关机过程中冷气推进系统的响应特性和输出特性进行了仿真分析。1一维仿真模型建立对冷气推进系统的模拟主要是研究系统内的流动和压力分布状况，仿真中主要参考连续性方程和动量守恒方程聿+掣一0；(1)af。az、～孤3历十丽3一IDFn+髦．(2)az(口“)az(力聪2)roaz’⋯第31卷2014年第6期王璐，等：微小超高压冷气推进系统动态工作性能仿真研究式中：10为流体密度；U为流体流动速度；Fs为作用于单位质量流体的质量力；P为作用于单位体积流体的表面力。冷气推进系统主要由气瓶、减压阀、电磁阀

8、和喷管四部分组成，在Amesim软件中对各模块分别建模，各模型间以管路连接，并进行适当的简化，组成整个冷气推进系统，如图1