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基于真空引射驱动的火星尘暴发生装置气动结构设计汇报人：2024-01-13

引言火星尘暴发生装置总体设计真空引射驱动系统设计气动结构设计与优化控制系统设计与实现实验研究与性能评估总结与展望

引言01

火星尘暴研究背景火星大气环境特性火星大气稀薄，压力低，温度差异大，易形成尘暴。火星尘暴对探测器的影响火星尘暴可导致探测器能源系统、热控系统、导航系统等出现故障，甚至任务失败。火星尘暴研究的重要性深入了解火星尘暴的形成机制、演化过程及影响因素，对火星探测任务的安全性和成功性具有重要意义。

真空引射驱动技术优势结构简单、无运动部件、可靠性高、适应性强等。真空引射驱动技术应用领域航空航天、能源动力、环境控制等。真空引射器工作原理利用高速射流在喷嘴出口处产生低压区，从而引射周围流体进入混合室，实现能量交换和动量传递。真空引射驱动技术介绍

设计目的通过优化气动结构，提高装置的引射性能，降低能耗和噪音，提高装置的稳定性和可靠性。设计意义为火星尘暴发生装置的研发提供理论支持和技术指导，推动火星探测技术的发展和应用。同时，该设计也可为其他类似装置的气动结构设计提供参考和借鉴。装置气动结构设计目的与意义

火星尘暴发生装置总体设计02

装置需能模拟火星尘暴的发生过程，包括尘粒的扬起、输运和沉降。火星尘暴模拟真空环境模拟引射驱动技术为模拟火星的低气压环境，装置需具备真空抽取功能。采用真空引射技术，通过高速气流引射火星尘粒，实现尘暴的模拟。030201装置功能需求分析

主体结构真空系统尘粒存储与输送系统引射驱动系统总体布局与结构设计装置主体包括真空室、尘粒存储与输送系统、引射驱动系统等。负责存储火星尘粒，并通过输送装置将尘粒送至引射驱动系统。由真空泵、真空管道和阀门等组成，用于抽取真空室内的空气，模拟火星低气压环境。采用高速气流引射技术，通过喷嘴将尘粒加速并喷入真空室，模拟火星尘暴的发生。

根据火星表面气压，确定装置所需达到的真空度。真空度为确保尘粒能被有效扬起并输运，需确定合适的引射气流速度。引射气流速度针对不同粒径和密度的火星尘粒，需调整引射气流速度和喷嘴结构等参数。尘粒粒径与密度根据实际需求和应用场景，确定装置的尺寸和重量等关键参数。装置尺寸与重量关键技术参数确定

真空引射驱动系统设计03

根据火星尘暴发生装置的需求，选择适合的引射器类型，如文丘里管、拉瓦尔喷管等。引射器类型选择通过CFD仿真和实验验证，对引射器的结构参数进行优化，如喉部直径、扩散角、长度等，以提高引射效率和性能稳定性。结构参数优化选择耐高温、耐磨损、耐腐蚀的材料，如陶瓷、合金等，并采用先进的制造工艺，如3D打印、精密铸造等，以确保引射器的质量和可靠性。材料选择与制造工艺引射器结构设计与优化

123根据引射器的工作需求和火星尘暴发生装置的整体设计，选择适合的真空源类型，如机械泵、分子泵、扩散泵等。真空源类型选择对所选真空源的性能参数进行评估，如抽速、极限真空度、噪音、振动等，以确保其满足引射驱动系统的需求。性能参数评估设计合理的真空系统，包括真空管道、阀门、密封件等，并优化布局，以减少流阻和泄漏，提高系统的真空度和稳定性。真空系统设计与布局真空源选择与性能评估

建立仿真模型利用CFD软件建立引射驱动系统的仿真模型，包括引射器、真空源、管道等组成部分。仿真参数设置根据实验条件和实际需求，设置仿真参数，如入口压力、出口压力、温度等。性能仿真分析通过仿真计算，分析引射驱动系统的性能特性，如引射比、压缩比、效率等，并优化设计方案以提高系统性能。引射驱动系统性能仿真分析

气动结构设计与优化04

采用计算流体力学（CFD）方法对装置内部及周围的流场进行数值模拟，分析不同工况下的速度、压力、温度等流场特性。流场数值模拟根据数值模拟结果，评估装置的气动性能，如升力、阻力、稳定性等，为后续的结构优化提供依据。气动性能评估利用流场可视化技术，如粒子图像测速（PIV）等，对实验过程中的流场进行观测和分析，验证数值模拟的准确性。流场可视化技术流场分析与气动特性研究

03结构可靠性评估考虑火星表面的极端环境和复杂因素，对装置的结构可靠性进行评估，确保其能在恶劣条件下正常工作。01结构有限元分析采用有限元方法（FEM）对装置的结构进行强度和刚度分析，计算在不同载荷下的应力、应变和位移等响应。02材料选择与优化根据分析结果，选择合适的材料并优化其性能，以提高结构的强度和刚度，同时降低重量和成本。结构强度与刚度分析

通过改变装置的形状和轮廓，降低阻力、提高升力，并减少流场中的涡流和湍流等不利因素。形状优化采用特殊的表面处理技术，如涂层、纹理等，改善装置表面的气动性能，减少摩擦阻力和粘附现象。表面处理通过引入主动或被动的流动控制手段，如微型射流、涡流发生器等，优化装置周围的流场分布，提高其气动性能和稳定性。