Материал: Ракетно-космическая техника и технология 2015. тез. докл. Российской науч.- техн. конф., посвященной 50-летию первого запуска РН «Протон» 16 июля 1965 года. Федеральное космическое агентство

длину, необходимую для того, чтобы с высокой вероятности ионизировать атомы рабочего тела, и тем самым поддержать показатель газовой эффективности на высоком уровне.[1]

В ходе данной работы проведен анализ главного узла ИД, обеспечивающий генерирование плазмы – ионным источником. Проанализировав требования и параметры необходимые при производстве этих источников. Выделили качества, отвечающие высоким требованиям, необходимым при изготовлении ИИ. Также был проанализирован газоразрядный ИИ, который с течением времени опередил контактные ИИ по качеству работы. Провели анализ самых основных видов газоразрядных ИИ – на основе схемы Кауфмана с расходящимся магнитным полем и на основе катодной разрядной камеры, произвели их конструктивный разбор и узнали о методе работы.

Литература

1.Горшков О.А, Муравлёв В.А, Шагайда А.А – Холловские

иионные плазменные двигатели для космических аппаратов , 2008

г, - 280с.

2.Гришин С.Д, Лесков Л.В – Электрические ракетные двигатели космических аппаратов , 1989 г, - 218с.

3.Dan M. G. Katz, I.Gatz – Fundamentals of Electric Propulsion: Ion and Hall Thruster, 2008 г, -493 c.

УДК 621.455.4

КОНСТРУКТИВНЫЙ И ФИЗИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЧЕТЫРЕХ-ЭЛЕКТРОДНОЙ ИОС

С.О. Ломтев, студент группы РД-111, тел.+7-(909)-211-9730 Г.И. Скоморохов, ВГТУ, д-р техн. наук, проф.,тел. (473) 2376-484

Четырех-электродная ИОС весьма нестандартная модификация традиционной трех-электродной ускоряющей системы. Следствием добавления еще одного электрода стало отделение процесса ускорения ионов от процесса их извлечения из пространства ГРК.

45

При этом извлекающая разность потенциалов и соответствующий ей оптимальный межэлектродный зазор подбираются по критериям:

1)Извлечение максимальных плотностей тока.

2)Ограничение значения электрического пробоя. Дополнительное ускорение до заданных скоростей истечения

производится в следующем промежутке, который в этом случае не требует значительного уменьшения, так как не является определяющим по извлекающей способности системы.

Перераспределение потенциалов между электродами способствует повышению фокусировки пучка и, как следствие, положительно себя показывает на эффективном использовании ресурса электродов, по причине того, что снижается прямой перехват ионов на ускоряющую и на извлекающую сетки. Такая система для использования в космической технике была предложена Д.Ферном, в первую очередь для утилизации высоких неиспользуемых мощностей энергоустановки для пилотируемых аппаратов для исследования планет Солнечной системы. В конце 90-х Й. Накаяма и П. Вильбур предприняли попытки моделирования основных параметров многоэлектродных ИОС. В 2004-2008 г Европейское Космическое агентство провело ряд НИОКР по подтверждению возможности создания прототипа двигателя с четырех-электродной ИОС и демонстрации его характеристик .[1]

Результатом этой работы стало создание высокочастотного источника ионов со следующими параметрами:

-43 апертуры d=1мм;

-Тяга 2.7-5.4 мН (миделева тяга 0.86 мН/см2); -Удельный импульс 14000 с; -Угол расходимости пучка 5 градусов; -Рабочий потенциал до 17Кв; -Ток пучка 4-33 мА.

Сравнение этих первых результатов летных моделей ИД нового поколения дает нам право говорить о резком скачке вперед при проектировании ИОС.[1] Также стоит отметить, что благодаря перераспределению потенциалов между электродами, произошло улучшение фокусировки и извлекающей способности всей системы.

46

Важными проблемами по проектированию четырехэлектродных ИОС является конструкционное усложнение системы ускорения и вопрос юстировки апертур электродов. Ведущиеся в данный момент исследования в области проектирования четырехэлектродных ИОС в университете Саутгемптона под руководством С. Габриеля показали возможность сохранения имеющихся высоких ресурсов ИОС при замене четвертого электрода на “охранное кольцо“. Использование четырех-электродной ИОС показывает пятикратное увеличения ресурса работа по сравнению с традиционной системой. Если же подойти к экономическому вопросу, то наиболее интересным моментом выступает использование данной модели ИОС с целью улучшения интегральных параметров для существующих конструктивных моделей ИД. Жесткое ограничение массогабаритных характеристик двигателя и системы электропитания не позволит в полной мере воспользоваться преимуществами такого решения, но результаты моделирования и оценочные расчеты, значительные положительные изменения характеристик ИД даже при общем перепаде напряжений до 5 кВ характерном для существующих ИД.

На рис.1 представлена возможность повышение извлеченной плотности ионного тока с переходом от традиционной к четырехэлектродной системе ускорения при оптимизации по извлеченному току и половинному углу расходимости пучка при неизменных условиях разряда в рамках общей геометрии ячейки ИОС. Картина роста извлеченного тока можно считать показателем пропорционального роста тяги и удельного импульса при прочих равных условиях .

Рис.1. Сравнение извлекающей способности традиционной и четырех-электродной ИОС[1]

47

Данная модернизация не только повысила извлекающую способность, но и обеспечило те, же высокие показатели и при невысоких напряжениях. Результаты моделирования систем ускорения при более низких напряжениях демонстрируют возможность улучшения параметров и в этом диапазоне

(рис.2,рис.3).

Рис.2. Ионный пучок в традиционной системе ускорения при невысоких напряжениях (полуугол расходимости пучка 24°,

ток = 0,367мA)

Рис.3. Ионный пучок в четырех-электродной системе ускорения при невысоких напряжениях (полуугол расходимости пучка 17,3°,

ток=0,413мA)

По результатам прямого моделирования сложно рассчитать реальные изменения ресурса двигателя, но можно заметить, что пучок в межэлектродном зоне четырех-электродных систем в общем случае сфокусирован. Этот эффект должен сказываться положительно, уменьшая число ионов, выпадающих на ускоряющий электрод из прямого пучка .По анализу данной модели ИОС, стоит отметить ее значительную эффективность по сравнению с традиционной аксиально-симметричной ИОС.[1] Применение модернизированной ИОС позволяет решить проблему:

1.Достижение максимальных рабочих параметров.

48

2.Уменьшение угла расходимости пучка.

3.Увеличение ресурсов электродов.

Четырех-электродная ускоряющая система по сравнению с традиционной трех-электродной системой ускорения более эффективна, так как данная ИОС позволяет достичь наиболее высоких рабочих параметров работы ИД, увеличения ресурса работы электродов, благодаря более высокой фокусировки пучка, уменьшение угла расходимости и снижения прямого перехвата ионного пучка. Несмотря на конструкционное усложнение и имеющиеся вопросы в юстировке апертур электродов, четырехэлектродная ИОС совершает огромный скачок вперед по характеристикам относительно имеющихся моделей ИОС.

Литература

1Казаков Е.Н, Смирнова М.Е, Хартов С.А – Анализ проблем использования четырех-электродных ионно-оптических систем для перспективных электроракетных двигателей, Электронный журнал «Труды МАИ». Выпуск № 70 ,2013г, 21 с.

2Dan M. G. Katz, I.Gatz – Fundamentals of Electric Propulsion: Ion and Hall Thruster, 2008 г, 493 с.

УДК 621.454.2

ОСОБЕННОСТИ ТРАКТА С МЕЖКАНАЛЬНОЙ ТРАНСПИРАЦИЕЙ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯВ ЖРД

А.В.Суслов, ВГТУ, студент группы РД-111, тел. 8-952-547-0813 С.А. Тарасов, ВГТУ, студент группы РД-111, тел. 8-900-300-9428 Г.И. Скоморохов, ВГТУ, д-р техн. наук, проф., тел. (473) 2376-484

Транспирационное охлаждение — метод теплозащиты, при котором внутренняя стенка камеры или ее часть (если транспирационное охлаждение применяется на определенном участке) изготавливается из мелкопористого материала с диаметром пор в несколько десятков микрон. Пористый материал обычно получают спеканием порошков металлов или прессованием металлических сеток. При этом стремятся к тому, чтобы

49