Изложены основные особенности разработки безэлектродных электрореактивных двигателей, представлены результаты испытаний инженерной модели двигателя, а именно результаты измерений теплового состояния модели, параметров струи и тяги. Показано, что параметры струи (ионный ток и средняя энергия ионов) зависят от давления в вакуумной камере, а эффективность работы двигателя определяется величиной потерь ВЧ мощности и конфигурацией внешнего магнитного поля. Представлен анализ полученных результатов, выводы и дальнейшие планы работы по освещенной тематике.

В приближении однокомпонентной магнитной гидродинамики представлена математическая модель процессов в индукционных высокочастотных источниках плазмы и электронов. Уравнения записаны в двумерной форме в представлении об аксиальной симметрии задачи. Перенос импульса описан уравнением вязкости, в котором учтены влияния магнитного поля на диссипативные процессы в разреженной среде. Приведены предварительные оценки глубины магнитного скин-слоя и токового слоя. Сформулированы граничные условия, описывающие потоки частиц, импульса и энергии на поверхности устройства.

Изложены основные преимущества, особенности конструкции и результаты испытаний действующей модели перспективного безэлектродного двигателя с ВЧ ионизацией РТ малой мощности. Рассмотрены с физической точки зрения конструкционные аспекты корпуса и магнитной системы прототипа. Приведены особенности испытаний, результаты измерений ионного тока струи двигателя при помощи плоского одиночного зонда и измерений тяги на маятниковом тягомере. Показано, что полученная эффективность действующей модели составила 13 % при 8 Вт ВЧ мощности. Изложены анализ полученных результатов, пути дальнейшего повышения эффективности и перспективы разработки двигателя данного типа.

Предмет исследования - безэлектродное ускорение плазмы ВЧ разряда во внешнем магнитном поле определенной конфигурации модели перспективного безэлектродного ЭРД. На основании результатов испытаний инженерной модели двигателя рассчитаны и оценены основные параметры плазмы в РК двигателя, необходимые в качестве исходных данных для моделирования процессов истечения плазмы при помощи магнитогидродинамического метода и на основе кода ХOOPIC. Приведены результаты моделирования, сравнительный анализ экспериментальных и расчетных данных, обсуждены параметры (величина перепада потенциала и длина зоны ускорения) двойного электрического слоя. На основании полученных данных сделан вывод о применимости разработанной модели для дальнейшей разработки двигателя и об эффективности примененной конфигурации магнитного поля.

Приведены результаты экспериментальных и теоретических исследований распределения тепловых потоков в конструкции безнакального полого катода ЭРД. Экспериментальные работы включали в себя калориметрические измерения тепловых потоков и измерения температуры элементов конструкции при помощи термопар и пирометра. Теоретические исследования заключались в моделировании стационарного теплового состояния катода при различных разрядных токах, а также в определении теплопроводности эмиттера. Экспериментальные и теоретические результаты показали хорошую сопоставимость. Основываясь на полученных данных, сделан вывод, что для исследуемого безнакального полого катода в диапазоне разрядных токов от 10 до 50 А на катоде выделяется от 73 до 35 % разрядной мощности.

Індекс рубрикатора НБУВ: О651.2-07

Рубрики:

Електричні ракетні двигуни

Шифр НБУВ: Ж24839 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Приведены конструкция и принцип работы геликонного ЭРД, изложены результаты экспериментального исследования влияния конфигурации внешнего магнитного поля на эффективность работы маломощного геликонного двигателя с рабочей частотой 10 - 14 МГц и уровнем ВЧ мощности до 50 Вт. Представлена разработанная конфигурация внешнего магнитного поля, описаны ее особенности. Показано, что применение данной конфигурации позволяет повысить тяговый кпд маломощного геликонного двигателя до 13 - 19 % в диапазоне мощности 10 - 50 Вт и индукции внешнего магнитного поля менее 115 мТл. Изложена научная новизна и практическая значимость проведенных работ. Намечены пути дальнейшего совершенствования разработанной конфигурации внешнего магнитного поля.

Рассмотрены вопросы ускорения плазмы в безэлектродном электроракетном двигателе с высокочастотной ионизацией рабочего тела - геликонном двигателе малой мощности. Приведены конструкция, конфигурация внешнего магнитного поля и результаты испытаний действующей лабораторной модели двигателя. Изложены вопросы влияния геометрии разрядной камеры двигателя на его эффективность и предварительные результаты исследований. Рассмотрены основные механизмы ускорения плазмы в геликонном двигателе. Проведены оценочные расчеты вклада различных механизмов ускорения, таких как электромагнитное ускорение и ускорение под действием электронного давления в тягу двигателя. Показано, что при данной конфигурации лабораторной модели геликонного двигателя основным механизмом ускорения плазмы является электромагнитный.

Індекс рубрикатора НБУВ: О651.2-060.15

Рубрики:

Електричні ракетні двигуни

Шифр НБУВ: Ж24432 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Описано разработанное устройство для испытаний эмиттеров катодов ЭРД, приведены выявленные в ходе моделирования недостатки конструкции, а именно неравномерность распределения электрического и температурного полей по поверхности исследуемого образца, которая приводит к значительным погрешностям расчета плотности эмиссионного тока. Описаны пути модернизации стенда, которые позволяют снизить указанную погрешность до уровня менее 8 % в рабочем диапазоне температур 1200 - 1600 K. Показано, что реализация в конструкции устройства рекомендованных изменений привела к ожидаемым результатам. Проведенные исследования позволили создать высокоточный безинерциальный комплекс для исследования эмиссионных материалов катодов ЭРД, отвечающий всем современным требованиям.

Рассмотрены вопросы влияния параметров полого катода на характеристики электроракетного двигателя, обоснована необходимость снижения массового расхода через катод и потребляемой катодом электрической мощности. Изложены физические аспекты разработки и результаты теплового моделирования конструкции катода. Приведены результаты испытаний микрорасходного (мкг/с) безнакального катода-нейтрализатора на рабочие токи до 300 мА для электроракетных двигателей. Показано, что созданная модель катода обеспечивает нейтрализацию ионного пучка с током от 0 до 300 мА при потенциале пучка 10 - 45 В, энергозатратах 5,5 - 12,5 Вт и расходе ксенона 10 - 30 микрограмм/сек. Использование такой модели катода позволит увеличить на 13 - 21 % удельный импульс маломощной двигательной установки и снизить необходимый запас рабочего тела на борту космического аппарата.

Приведен анализ конструкции стационарного плазменного двигателя типа СПД100 под действием стартовых нагрузок, а именно гармонической и широкополосной случайной вибрации (ШПСВ), ударных нагрузок. Приведены результаты предварительных расчетов на собственные резонансные частоты (модальный анализ), которые показали наличие резонансных частот в области ниже 2000 Гц, входящих в диапазон ШПСВ ракетоносителя. Изложены методы модернизации конструкции двигателя и результаты последующих моделирований на собственные частоты, вибрационные и ударные нагрузки. Показано, что напряжения и деформации в элементах усовершенствованной конструкции двигателя не превышают допустимых значений для материалов, из которых изготовлены данные детали.

Изложены вопросы разработки безнакального полого катода на токи 2 - 5 А для стационарного плазменного двигателя СПД100. Рассмотрена тепловая схема катода, полученная путем моделирования твердотельной модели катода методом конечных элементов и измерений температуры корпуса катода при помощи пирометра, а также результаты испытаний катода в диодном режиме. Приведены результаты динамических стартовых испытаний катода, а также его вольтамперные характеристики при стационарном режиме работы и различных массовых расхода рабочего тела - ксенона - через катод. Продемонстрирована эффективная работа разработанного катода при токах от 1 до 5 А и массовых расходах 0,3 - 0,15 мг/с. Показано, что время старта катода с выходом его на рабочие параметры составляет всего 3 - 5 сек.

Представлен анализ конструкции термодросселя под действием стартовых и тепловых нагрузок, а именно гармонической и широкополосной случайной вибрации, ударных нагрузок и температурных напряжений во время работы. Приведены результаты предварительных расчетов на собственные резонансные частоты (модальный анализ), которые показали наличие резонансных частот в области ниже 2 000 Гц, входящих в диапазон широкополосной случайной вибрации ракетоносителя. Определены напряжения, возникающие вследствие температурных расширений в процессе работы. Показано, что напряжения и деформации в элементах конструкции термодросселя не превышают допустимых значений для материалов, из которых изготовлены данные детали.

Індекс рубрикатора НБУВ: О651.2-07

Рубрики:

Електричні ракетні двигуни

Шифр НБУВ: Ж24432 Пошук видання у каталогах НБУВ