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微纳卫星成本低、体积小、质量轻、可集成度高,并且设计制作周期短,非常适用于要求体积小,造价低的卫星飞行器任务。由于微纳卫星的重量轻、体积小、功率低,传统的化学推进器和常规的电推进器往往无法满足微纳卫星的需求。随着微机电系统(MEMS)技术的成熟和微小化技术的蓬勃发展,为了满足微型化卫星执行包括高度控制、飞行轨道保持和轨道转移等各种飞行姿态变化的任务需求,兼具功能性和高可靠性的各种微型推进器特别是微型冷气及电推进器也得到了迅猛发展。但是对MEMS亚毫米级推进器流动特性和性能指标各家没有统一的看法,尤其针对相关的试验研究结果仍然众说纷纭。本文以微小航天器应用为技术背景,以MEMS微推进器为研究对象,研究了MEMS微推进系统设计制造与推力和加热性能的测试等问题。建立了针对MEMS推进器的多物理场耦合分析模型,并基于该模型开展了针对推力、比冲效率和加热性能的优化设计,依据仿真结果设计制造出基于MEMS工艺的微推进器,并进行了相关的微推力测试和加热性能测试。主要研究内容有:(1)小尺度超声速喷管的理论设计、仿真优化和性能测试研究完成推进剂选择,基于理想等熵流动估算流动参数,建立多物理场耦合模型。完成推进器二维粘热耦合仿真,并对结构参数进行分析优化。完成微推进供给测试系统的搭建,针对微推力测试平台设计试验和数据处理算法,并对试验结果进行分析。完成MEMS微推进器的结构参数正交分析、背压敏感性分析和加热对器件性能影响的分析。(2)MEMS微推进的工艺探索与加工制造基于仿真结果,对MEMS微推进器进行了方案设计。随后,依据设计方案对其进行工艺设计,并通过多种MEMS工艺完成MEMS微推进器的加工。最终,确定工艺参数,为批量化加工出质量稳定性能优良的器件奠定基础。(3)亚微米级多层结构薄膜加热丝仿真优化与性能测试研究利用多物理场耦合仿真对推力室薄膜加热丝进行分析和优化。完成基于红外热像仪的两种不同结构薄膜加热丝稳态瞬态性能测试,并设计算法对测试结果进行分析。完成两种不同结构的加热丝稳态瞬态性能测试,并对该型加热丝在MEMS微推进器的应用给出指导意见。论文综合应用理论分析、数值仿真、试验测试和数据分析等手段,对MEMS微推进系统进行了完整设计制造测试流程,将多物理场耦合仿真引入MEMS微推进器设计仿真中提高仿真的真实性,为MEMS微推进器设计、制造和试验工作积累的宝贵的经验,在理论研究与工程应用上都具有较大意义。