Введение к работе
Актуальность работы.
Электроракетные двигатели (ЭРД) обладают значительными преимуществами перед химическими двигателями при решении целого ряда задач, в частности, при использовании в системах ориентации, стабилизации и коррекции орбит космических летательных аппаратов (КЛА) с суммарным импульсом тяги (10 * 20)-104 Н-с. Одним из наиболее перспективных типов ЭРД является, так называемый, стационарный плазменный двигатель (СПД), разработанный на основе ускорителя с замкнутым дрейфом электронов и протяженной зоной ускорения (УЗДП). По сравнению с другими типами ЭРД СПД обладает рядом существенных преимуществ. К ним относятся простота конструктивной схемы, малое количество потребных номиналов электропитания и достаточно высокие тяговые характеристики. Наземные исследования двигательных установок (ДУ) с СПД и многократные космические испытания подтвердили эффективность использования СПД в системах ориентации и коррекции орбит искусственных спутников Земли (ИСЗ), а также надежность таких ДУ и совместимость их с остальными системами КЛА. В настоящее время ДУ с СПД успешно эксплуатируются на ИСЗ "Галс" и "Экспресс" и планируется дальнейшее расширение применения СПД, в том числе и на зарубежных аппаратах.
УЗДП находит широкое применение в технологических установках для ионно-плазменной обработки материалов в вакууме, а также в качестве источника плазмы при проведении активных геофизических экспериментов.
Расширение областей применения УЗДП и тенденции их развития обуславливают появление новых и повышение традиционных требований к интегральным характеристикам и функциональным возможностям ускорителей. Так, в связи с уменьшением массо-габаритных параметров перспективных КЛА и связанных с этим мощностей бортовой энергоустановки, актуальными становятся задача создания ДУ малой мощности (NS300 Вт) с достаточно высокими тяговыми характеристиками, проблемы обеспечения необходимого ресурса работы, снижения расходимости ионного пучка и уменьшения интенсивности его взаимодействия с поверхностью аппарата.
Цель работы.
Целью настоящей работы является исследование возможностей повышения основных параметров УЗДП малой мощности и разработка рекомендаций по проектированию двигателей типа СПД перспективных схем.
Научная новизна.
Проведем теоретический анализ влияния пристеночных процессом на распределения" объемного наряда и электрического поля в іоне ускорения УЗДП, показаны принципиальная возможность и пути повышения интегральных характеристик ускорителя;
Теоретически и экспериментально исследованы влияние конфигурации стенок, эмиссионных и электрических свойств материала ускорительного канала на рабочие процессы и характеристики УЗДП. Показана возможность значительного улучшения основных параметров ускорителя за счет выбора более рациональной геометрии ускорительного канала;
Проведено исследование особенностей работы УЗДП с многосекционным проводящим каналом;
Расширен диапазон соотношений геометрических параметров УЗДП, позволяющих улучшить тяговые характеристики моделей малой мощности;
Изучено влияние параметров магнитного поля за срезом ускорителя на расходимость ионного потока и характеристики УЗДП.
Практическая ценность.
Выработаны рекомендации по повышению основных интегральных параметров ускорителя (тяговый к.п.д., цена тяги) на 7...10%. снижению, расходимости ионного пучка на 20...30%. в частности,
показана возможность создания и исследованы особенности работы модели УЗДП с многосекционным проводящим каналом, основными достоинствами которой являются достаточно высокие тяговые характеристики (п,т ~ 0,6);
разработана модель УЗДП малой мощности (N 300 Вт) с диаметром наружной стенки канала 050 мм и тяговыми характеристиками, достигающими уровня традиционных УЗДП (п.т~0,5).
Разработана и экспериментально исследована конструктивная схема УЗДП с навесной магнитной системой, позволяющая снизить расходимость ионного пучка на 15...20%.
Апробация работы.
Основные результаты работы были доложены на межведомственном семинаре по электроракетным двигателям (Московский авиационный институт, Г995 г), на 24- ой Международной конференции по электроракетным двигателям - IEPC, Москва 1995 г.
Публикации.
По теме диссертации опубликована 1 печатная работа.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы из 76 наименований. Объем днссеріации составляет 156 страниц, включая 70 рисунков.
