临近空间是指距离地面20km-100km的空域,对于该区域的资源勘探以及战略争夺已经成为各国研究的热点。平流层飞艇,属于临近空间低动态飞行器的一种,是开发和利用临近空间资源的重要工具。但由于临近空间环境的特殊性,对在这一空域内工作的飞行器推进系统提出了较为苛刻的条件。本文根据我国目前航天推进技术发展的空缺,并结合临近空间低温低压的特点,提出了在临近空间内使用离子风电推进的技术构想,并通过数值模拟验证了其可行性,通过理论计算和飞行器轨迹模拟对其基本性能和应用效果进行了研究。文章首先从电场强度、离子电离、低气压假设等方面介绍了电晕放电产生离子风的基本理论。随后再根据临近空间特有的环境特点,使用COMSOL多物理场仿真软件构建了简易离子风电推进模型,并通过有限元分析,观察工作电压、电极间距、大气压力、大气风速、发射极尺寸和电极构型对推进器推力性能的影响。仿真结果表明,适当增大工作电压、电极间距或者适当降低气压、减小发射极半径,均会增大推进器产生的推力;大气风速会抑制离子的扩散阶段,大大压缩离子的活动区域,导致推力下降;通过在发射极电极前方增设偏压电极,能够有效抑制离子向前方扩散,在一定水平上提高推进装置的推力和推功比。接下来,基于电晕放电离子风电推进技术,提出了电动力贴片和框架形推进装置的设计,并根据平流层飞艇在执行任务时低温低压的特点,进行了三维仿真,得到了推进装置的电场分布、电位分布和离子浓度分布,从而计算出装置产生的推力大小和推功比等关键参数,并对比其推进性能。其中扇形框架推进结构推进性能最优,达到了80 m N/k W。继而提出了三种将离子风电推进技术应用于平流层飞艇不同部位的设计,并通过仿真计算,获得了其推进性能。结果表明,在能源供给能满足的前提下,中空型离子风飞艇能获得120N的推力,推进性能最佳。最后使用水平风场模型,模拟了采用离子风电推进技术的平流层飞艇在执行长航任务时的飞行轨迹,结果表明,即便采用最简单的控制方法,离子风飞艇在三个月内的飞行轨迹均不会偏移原始位置10km以上,能够满足一定条件的通信需求,表明了离子风电推进技术在临近空间内有着良好的应用前景。