哈尔滨工业大学硕士学位论文
摘要
航天事业的发展离不开推进技术的进步，传统化学推进需要较大的空间和
重量需求，因此对于重量和空间需求较低的电推进技术变蓬勃发展。传统电推
进系统的工质主要是采用氙气、氪气等惰性气体，这类工质存在存储量较少、
价格昂贵等缺点，相比较而言，碘工质常态下是固体，储存相对便利，且碘的
价格相比较惰性气体也较为合适，因此碘工质电推进系统是未来电推进系统发
展的一个重要方向。但是碘工质推力器的储供系统由于需要对于温度和流量进
行精确控制，且碘腐蚀性较高，所以研究具有一定的难度和意义。
本文在现有设计的碘工质储罐的基础上设计了一套霍尔推进系统的碘工质
储供系统，计算其储存量和重量，并对其进行结构验证仿真、温度特性测试实
验、太空环境模拟仿真以及推力器耦合实验，验证了该系统在碘工质推力器和
氪气工质阴极耦合下的点火可能性，进行了累计90min的点火实验，测得了相
关数据的变化曲线。
对于结构验证仿真主要包括热力学仿真和力学仿真，热力学仿真验证该结
构在装碘情况下不同材料、加热方式、罐体材料等要素下的温度变化情况，为
其选择合适的布局和结构；力学仿真验证了其在底面安装方式和侧面安装方式
两种安装方法下的变形量和最大应力，通过对比变形量和最大应力选择了底面
安装的方式，并在此基础上对其结构进行了改进，减小了其在相同条件下的应
力和变形。
对于结构的温度特性，主要研究储罐本身、储罐与推力器耦合以及节流管
路三个方面的热特性，储罐的热特性研究其在不同环境、罐体材料和热控措施
等因素影响下的温度曲线对比；研究储罐于推力器耦合状态下加热片启动过程
和达到最终温度条件下的温度分布；研究节流管路温度和储罐温度对于储供系
统给出的流量大小的影响。
对于太空环境仿真的部分，通过调研文献，分析了空间环境的外热流参数，
得出针对电推进系统，太阳辐射对其影响最大的结论，研究对于电推进系统常
用的太阳同步轨道、地球同步轨道和典型低轨下的太阳辐射强度的计算方法和
结果，利用500km轨道计算系统的温度变化仿真，并且分析了太阳辐射引起的
温度变化，发现了存在一个周期内储罐散热不均匀的问题，利用航天器常用的
主动和被动热控方法解决该问题。
对于储供和推力器耦合的问题，测量在推力器放电下的不同工况时的储供
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不同位置的温度变化过程，其中，利用氙气放电测量在推力器启动和正常工作
的过程中，储罐的温度特性的变化。之后利用碘工作耦合氪气工质进行尝试点
火实验，在首次实验失败后总结可能导致的原因并且进行了改进，在改进后成
功进行了两次累计90min的持续点火实验，两次实验都是由于罐内背压过高而
主动停止点火。测得点火过程中相关数据的变化曲线。验证了本文设计的结构
用于碘工质霍尔推力器的可行性，并为后续的研究提供基础。
关键词：碘工质；电推进储罐；热分析；外热流；太阳辐射。
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Abstract
Thedevelopmentoftheaerospaceindustrycannotbeseparatedfromthe
advancementofpropulsiontechnology.Traditionalchemicalpropulsionrequires
largespaceandweightrequirements,soelectricpropulsiontechnologywithlower
weightandspacerequirementshasflourished.Theworkingfluidsoftraditional
electricpropulsionsystemsmainlyuseinertgasessuchasxenonandkrypton,which
havedisadvantagessuchaslowstorage