Моделирование ионной эрозии стенок канала разрядной камеры стационарного плазменного двигателя

• Автор: Абгарян, Вартан Карленович
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 137 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ РАЗРАБОТКИ СИД И ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ

РАБОТЫ

1.1. Введение

1.2. Схема стационарного плазменного двигателя

1.3. Эрозия стенок канала разрядной камеры в СПД

1.4. Механизмы распыления поверхностей керамических материалов

1.4.1. Электронное распыление

1.4.2. Ионное распыление поверхностей твердых тел

1.5. Зависимости коэффициента распыления
1.5.1. Энергетическая зависимость
1.5.2. Зависимости коэффициента распыления от угла падения ионов
1.5.3. Пространственные распределения распыленного вещества
1.5.4.Зависимость коэффициентов распыления от температуры мишени
1.6. Моделирование эрозии стенок канала разрядной камеры СПД
1.6.1. Поэтапная методика
1.6.2. Модели расчета эрозии стенок РК
1.7. Изменение микрорельефа облучаемых ионами поверхностей
1.7.1. Механизмы возникновения рельефа на гладкой поверхности
1.7.2. Регулярные структуры на поверхности
1.7.3. Модели возникновения волнообразного рельефа
1.7.4. Перенапыление распыленного материала облучаемой ионами протяженной поверхности. Граничные условия
1.8. Потоки распыляемого материала стенок канала РК СПД
1.8.1. Потоки распыляемого материала стенок вне канала
1.8.2. Потоки распыляемого материала стенок внутри канала
1.9. Постановка задачи

глава 2. МОДЕЛЬ РАСЧЕТА ЭРОЗИИ СТЕНОК КАНАЛА РАЗРЯДНОЙ КАМЕРЫ СПД
2.1. Введение
2.2. Теоретическое описание модели
2.2.1. Допущения. Обозначения
2.2.2. Уравнение эрозии поверхностей стенок канала
2.2.3. Численное интегрирование уравнения эрозии
2.2. 4. Пределы интегрирования по азимутальному углу
2.2. 5. Затенение потоков перенапыления на стенки канала РК СПД
2.2. 6. Распыляющая способность
2.2.7. Углы падения ионов на стенки канала РК
2.2.8. Угловая зависимость относительного коэффициента распыления
2.2.9. Математическая постановка задачи
2.3. Оптимизационный метод и параметры оптимизации
2.3.1. Параметры оптимизации
2.3.2. Процедура оптимизации параметров модели
2.4. Программа и различные варианты расчета профилей эрозии
2.5. Результаты расчетов
2.5.1. Эрозия стенок канала РК СПД
2.5.2. Поток распыляемого материала вне канала
2.6. Выводы
ГЛАВА.З. МОДЕЛЬ РАСЧЁТА ИЗМЕНЕНИЯ МИКРОГЕОМЕТРИИ
ОБЛУЧАЕМОЙ ИОНАМИ ШЕРОХОВАТОЙ ПОВЕРХНОСТИ.
3.1. Уравнение эрозии облучаемой поверхности
3.1.1. Вывод уравнения эрозии
3.1.2. Потоки перенапыляемых частиц

3.2. Граничные условия. Переход к криволинейным координатам
3.3. Особенности модели в криволинейной геометрии
3.3.1. Геометрия модели и траектории частиц
3.3.2. Расстояния между элементами на облучаемой поверхности
3.3.3. Поправка на кривизну поверхности
3.4. Построение шероховатой поверхности статистическим методом
3.5. Потоки перенапыления при возможном затенении промежуточными элементами поверхности
3.5.1. Методика определения затенения потока перенапыления промежуточными элементами поверхности
3.5.2. Разбиение поверхности на элементы и особенности расчета на ЭВМ 12(
3.6. Результаты расчетов. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.6.1. Поэтапная методика
В последнее время одним из направлений работ по определению эрозии стенок каналов РК является сокращение времени натурных испытаний путем использования так называемой поэтапной методики [22, 53]. Для применения поэтапного подхода необходимо наличие расчетной зависимости для определения эрозионного профиля на времена, превышающие сотни часов. Основные этапы методики следующие:
- проведение испытаний, позволяющих достаточно точно определять скорость эрозии стенок при начальной конфигурации канала;
- расчетное прогнозирование износа стенок за период времени ?х ) значительно превышающий длительность ти1 испытаний первого этапа;
- механическое доведение конфигурации канала до расчетной на момент времени Т ;
- проведение испытаний второго этапа для определения скорости износа стенок при конфигурации канала, соответствующей расчетной в момент
времени Ъ;
- расчет последующего износа и повторение всех операций до получения заданного предельного износа стенок разрядной камеры.
При использовании поэтапной методики возникает ряд проблем, основными из которых являлись следующие:
- нарушение свойств поверхностных слоев керамики при их механической обработке;
- неточность расчетного прогнозирования, так как любая расчетная методика не может гарантировать высокую точность.
Обе эти проблемы могут быть решены приработкой конструкции СГ1Д в процессе очередного этапа испытаний. И, очевидно, что для практического применения необходима разработка достаточно адекватной прогнозной модели.