Математическое моделирование процессов нагрева рабочего тела в электродуговом двигателе

• Автор: Никритюк, Петр Алексеевич
• Шифр специальности: 05.07.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 195 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА ]. СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ
ЭЛЕКТРОДУГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ, РАБОТАЮЩИХ
НА ВОДОРОДЕ
1..1.Экспериментальные исследования электродуговых двигателей и перспективы создания двигателя с высокими удельными характеристиками
1.2. Расчетно-теоретическое исследование электрической дуги, горящей в цилиндрическом канале
1.3. Расчетно-теоретическое исследование характеристик электродугового двигателя, работающего на водороде
1.4. Постановка задачи
ГЛАВА 2. ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА СОСТАВА, ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И КОЭФФИЦИЕНТОВ ПЕРЕНОСА НЕРАВНОВЕСНОЙ ПЛАЗМЫ ДУГОВОГО РАЗРЯДА В ВОДОРОДЕ
2.1. Особенности расчета состава термохимически неравновесной элсктродуговой плазмы. Скорости химических реакций
в водородной низкотемпературной плазме
2.2. Сечения упругих процессов
2.3. Переносные свойство водорода
2.3.1. Расчет свойств электронного газа
2.3.2.Расчет свойств тяжелых частиц: ионов, атомов, молекул
ГЛАВА 3. РАСЧЕТНО-ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕРМОХИМИЧЕСКОЙ НЕРАВНОВЕСНОСТИ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ВОДОРОДНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ

3.1. Физико-математическая модель электрической дуги, горящей в водороде, с учетом термохимической неравновесное™
при малых скоростях течения
3.2. Расчетно-теоретическое исследование характеристик
электрической дуги в водороде
ГЛАВА 4. РАСЧЕТНО-ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ УСКОРЕНИЯ И НАГРЕВА ВОДОРОДА В КАНАЛЕ ЭЛЕКТРОДУГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ
4.1. Физико-математическая модель рабочих процессов
в канале электродугового двигателя
4.1.1. Система уравнений
4.1.2. Граничные условия
4.2. Упрощенная физико-математическая модель нагрева и
ускорения водорода в канале ЭДД
4.3. Упрощенная методика расчета характеристик двигателя
4.4. Метод решения и алгоритм расчета нагрева и ускорения
рабочего тела в дуговом канале ЭДД
4.5. Анализ результатов расчета и их сравнение с
имеющимися в литературе экспериментальными данными
4.5.1. Анализ результатов расчета характеристик
водо-охлаждасмого ЭДД и их сравнение с имеющимися в литературе экспериментальными данными
4.5.2. Анализ результатов расчета характеристик радиационно-охлаждаемого ЭДД и их сравнение с имеющимися
в литературе экспериментальными данными
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время в связи с интенсивным развитием телекоммуникационных, информационных, интернет-технологий
околоземные спутники играют одну из ключевых ролей в обеспечении связи и информации.
Уже сегодня с помощью спутников осуществляется геологическая разведка земных недр, прогнозирование погоды, мониторинг земной поверхности, навигационная связь, управление военными силами.
Для всех околоземных спутников необходима периодическая коррекция их положения на околоземной орбите. Для геостационарных спутников необходима их стабилизация в направлении Север-Юг. Для некоторых видов спутников по команде с земли требует ся изменения угла наклона орбиты для наблюдения за определенным районом Земли.
Для выполнения всех вышеперечисленных задач могут использоваться как химические ракетные двигатели, так и электроракетные двигатели. Однако электроракетные двигатели благодаря их малому весу, высокому удельному импульсу, малой величины расхода рабочего тела становятся все более предпочтительными по сравнению с химическими двигателями. Одним из типов электроракетиых двигателей, рассматриваемых в настоящее время, является элект родуговой двигатель, нагрев рабочего тела в котором осуществляется с помощью электрической дуги, горящей в цилиндрическом канале (так называемом дуговом канале). Преобразование тепловой энергии рабочего тела в кинетическую происходит в сверхзвуковом сопле.
Актуальность работ по проектированию и созданию высокоэффективных дуговых двигателей связана с необходимостью решения ряда задач, а именно:
- изменение угла наклона орбиты спутника за короткий промежуток времени;
- увеличение орбиты спутника или перевод аппарата на более низкую орбиту за короткий промежуток времени,

двигателя. Такое состояние указывает на актуальность дальнейших теоретических исследований и разработку методов расчета неравновесных электрических дуг, горящих в спутном потоке молекулярного газа, в канале ЭДД. Создание расчетной модели процесса нагрева рабочего тела в цилиндрическом канале дугового двигателя с условием реализации ее на ПЭВМ и сравнение результатов расчета по этой модели с имеющимися экспериментальными данными позволит:
-связать внешние параметры двигателя (сила тока, расход рабочего тела, длина и диаметр канала) с характеристиками потока рабочего тела и определить их оптимальное сочетание для обеспечения высокого удельного импульса, тяги и КПД двигателя,
- получить распределения локальных параметров потока рабочего тела на выходе из дугового канала двигателя, которые могут быть использованы в дальнейших исследованиях в качестве граничных условий при расчете сверхзвуковой части потока и при профилировании расширяющейся части анода - сопла.
1.4. Постановка задачи
Анализ существующих на сегодняшний день работ по расчетнотеоретическому исследованию характеристик ЭДД показал, что процессы нагрева и ускорения рабочего тела в дуговом канале двигателя изучены недостаточно. Имеющиеся методики не приспособлены для определения геометрических параметров двиг ателя, например, длины канала при заданных силе тока и расходе газа и давлении на входе. Кроме этого, применение разработанных физико-математических моделей и методик расчета рабочих процессов в ЭДД (приведенных в литературе) для более детального изучения нагрева и ускорения рабочего тела в дуговом канале двигателя требует