Исследование характеристик стационарных плазменных двигателей при длительной работе

• Автор: Приданников, Сергей Юрьевич
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Калининград
• Количество страниц: 203 с. : ил.

1. ИССЛЕДОВАНИЯ РЕСУРСНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
1.1 Ресурсные испытания СПД в разработках восьмидесятых годов
1.1.1 Условия проведения ресурсных испытаний М100
1.1.2 Определение величины загрязнения двигателя
1.1.2 Влияние механической чистки изолятора разрядной камеры на параметры двигателей
1.2 Ресурсные испытания СПД в разработках девяностых годов
1.2.1 Оборудование стенда для ресурсных испытаний
1.2.2 Основные результаты ресурсных испытаний
1.3 Эрозия двигателя
1.3.1 Ресурс анодного блока
1.3.1.1 Ресурс разрядной камеры
1.3.1.2 Прогноз величины эрозии по торцу изолятора
1.3.1.3 Прогноз величины эрозии при укорачивании изолятора
1.3.1.4 Ресурс магнитной системы
1.3.1.5 Ресурс других элементов анодного блока
1.3.2 Эрозия катодов-компенсаторов
1.3.2.1 Ресурс геттера
1.3.2.2 Ресурс эмиттера
1.3.2.3 Эрозия поджигного электрода
1.4 Количество распыленного материала
1.5 Повышение ресурса анодного блока СПД
1.6 Повышение ресурса катодов
1.7 Подобие параметров двигателей "параметрического ряда" при длительной работе
1.8 Прогнозирование параметров двигателей "параметрического ряда" при длительной работе
2. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ХАРАКТЕРИСТИК МНОГОРЕЖИМНЫХ СПД "ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО РЯДА”. ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗРАБОТКА НОВЫХ КОНСТРУКТИВНЫХ СХЕМ ДВИГАТЕЛЕЙ
2.1 Методика расчета характеристик СПД "параметрического ряда"
2.1.1 Модель параметров СПД
2.1.2 Методика выбора оптимального типоразмера двигателя
2.2 Исследования и разработка новых конструктивных схем двигателей
2.2.1 Направления совершенствования конструктивных схем двигателей
2.2.2 Совершенствование и исследования конструктивных схем двигателей
2.2.3 Модель СПД-1 ООП с графитовыми вставками на базе СПД
2.2.4 Модели А61 и СПД-100МА на базе СПД
3. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАЗРАБОТКИ ДВИГАТЕЛЕЙ PPS1350 И СПД
3.1 Разработка двигателя PPS1350
3.1.1 Основные результаты ресурсных испытаний PPSI350
3.1.2 Эрозия двигателя
3.2 Разработка двигателя СПД
3.2.1 Параметры СПД
3.2.2 Диапазон регулирования СПД
3.2.3 Ресурсные характеристики СПД
3.2.4 Параметры струи плазмы СПД
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ

Стационарные плазменные двигатели (СПД) находят все более широкое применение на борту современных космических аппаратов (КА). Число задач, решаемых СПД, увеличивается, и возрастают требования к тяговым, удельным и ресурсным характеристикам двигателей. В современных технических заданиях (ТЗ) на разработку электроракетных двигателей (ЭРД) одним из основных является требование обеспечения срока активного существования (САС) КА до 12...15 лет, что возможно при существенном увеличении суммарного импульса и ресурса СПД до 3000 часов и более. Кроме того, в перспективных * программах в ходе выполнения маневров требуется многорежимность работы СПД по
мощности, тяге, скорости истечения рабочего тела. Эти требования существенно усложняют и удорожают разработку и создание новых двигателей, что определяет необходимость: исследования характеристик существующих СПД при длительной работе и выявление возможностей улучшения их параметров, а также разработки новых моделей СПД и прогнозирования их ресурса.
В результате успешного развития работ по СПД в СССР были созданы численные модели для описания процессов ионизации и ускорения, расчета таких интегральных характеристик СПД, как тяга и ионный ток, расчета эрозии стенок ускорительного канала. Разработаны полуэмпирические модели для расчета интегральных и ресурсных характеристик СПД "параметрического ряда", созданного в ОКБ "Факел". Но ни одна из

разработанных к настоящему времени методик не позволяет описать динамику изменения тяговых характеристик двигателей при длительной работе, что необходимо при проведении инженерных расчетов применительно к современным задачам.
В качестве целей работы выбрано выявление возможностей повышения тяговой эффективности СПД при длительной работе и повышения ресурса двигателей, разработка рекомендаций по проектированию СПД перспективных схем с учетом необходимости обеспечения их длительной работы.
Для достижения поставленных целей в работе решались следующие задачи:
1. Анализ результатов длительных испытаний СПД для выявления закономерностей изменения тяговых характеристик при длительной (более 3000 часов) работе.

Рис. 36. Общий вид 8РТ-100 после наработки: 9066 ч для #03 (а); 7424 ч для #05 (б); 1000 ч для #08 (в); 6900 ч для #49 (г)