Все здорово) и в срок)
Информация о работе
Подробнее о работе
Ионно-плазменные двигатели с высокочастотной безэлектродной ионизацией рабочего тела
- 24 страниц
- 2007 год
- 48 просмотров
- 0 покупок
Гарантия сервиса Автор24
Уникальность не ниже 50%
Фрагменты работ
1 Сравнительный анализ ЭРДУ
Применение ионных плазменных двигателей малой тяги на геостационарных спутниках имеет следующие преимущества: уменьшение стартовой массы, увеличение массы полезного груза и ресурса спутника.
Сравнение ЭНД, СПД и РИД, используемых в системе стабилизации Север – Юг, проведено на рисунке 1 и рисунке 2.
Рисунок 1,2. Стартовая масса спутника и зависимость сухой массы спутника от применяемой на нем двигательной установки.
Как показано на рисунке 1, стартовая масса спутника, включающая в себя сухую массу спутника (без массы ЭРДУ), составит:
4050 кг при использовании ЭНД;
3900 кг – СПД;
3670 кг – РИД.
Это означает, что стартовая масса спутника при использовании РИД вместо электродугового двигателя или СПД уменьшается на 380 и 230 кг соответственно. Уменьшение массы приводит к снижению стоимости запуска.
На рис.
...
1.1 Применение ЭРД
Основные задачи, выполняемые с помощью РД, на геостационарных спутниках:
- переход на более высокую орбиту 1500 м/с за маневр;
- системы стабилизации Север – Юг 47 м/с в год;
- системы стабилизации Запад – Восток <5 м/с в год;
- ориентирование ЛА <5 м/с в год;
- сход с орбиты 5 м/с.
Рассмотрим задачи для ЭРД, характеризующиеся большими приращениями скорости:
Переход на более высокую орбиту. При использовании химических двигателей 40% стартовой массы спутника составляет топливо. Для перевода спутника с промежуточной орбиты на гео-орбиту требуется 10 дней.
Если для этого маневра использовать ЭРД, то потребуется около трех месяцев. В этом случае тяга должна быть на уровне 400 мН и более. Такая тяга может быть получена одним двигателем или связкой.
Уровень тяг ограничен мощность солнечных батарей (10 – 15 кВт).
Вывод КЛА на орбиты выше геосинхронных приведет к уменьшению изменения скорости.
Системы стабилизации Север – Юг.
...
1.3 Общие преимущества РИД
По сравнению с другими двигателями РИДУ обладают следующими преимуществами:
1) Не требуется эмиттер электронов. Для ВЧ ионизации рабочее тело ионизируется в ГРК ВЧ полем с частотой 10 МГц. Электроны, рождающиеся в ГРК или поступающие из нейтрализатора, используются для организации столкновений с нейтральными атомами газа.
2) Высокая надежность нейтрализатора. Полые катоды хорошо изучены и продемонстрировали высокую надежность эксплуатации и большой ресурс.
3) Используется трехсеточная ИОС. При ускорении ионов в трехсеточной ИОС получаем:
• постоянную скорость истечения ионов;
• точное направление вектора тяги;
• малое рассеивание пучка.
4) Простота регулирования тяги. Ток ионного пучка устанавливается регулированием ВЧ мощности двигателя.
5) Ускоряющий электрод изготовлен из углерода, что значительно увеличивает ресурс.
6) Простая система контроля расхода рабочего тела.
7) Уменьшение массы системы.
1.4 Радиочастотный ионный движитель РИД-10
Радиочастотный ионный движитель исследуется в нашем университете в течение последних 2 лет. Это двигатель РИД-10, который был разработан для разрядной камеры диаметром 10 см. (рисунок 1).
Своим названием двигатель РИД обязан используемому в нем принципу ионизации. Нейтральное рабочее тело Xe поступает в разрядную камеру через изоляторы и анод. Для инициации разряда анод находится под большим положительным потенциалом, чтобы притягивать электроны нейтрализатора. При прохождении через разрядную камеру эти электроны накапливают энергию от высокочастотного поля (10 МГц подается на катушку вне камеры). Возбужденные таким образом электроны неупруго сталкиваются с нейтральными атомами топлива, ионизируя их. Потенциал анода уменьшают, а в камере устанавливается самоподдерживающийся разряд, использующий электроны, рождающиеся в неупругих столкновениях.
...
2.1 Математический аппарат численной модели термогазодинамических процессов, имеющих место в камере и сопловом аппарате ракетного двигателя
Физическая модель процессов, протекающих в электронагревном реактивном двигателе, описывается общей системой уравнений гидрогазовой динамики. Однако на практике наиболее часто используется не она, а набор полуэмпирических формул, полученных на основании обработки большого количества экспериментальных данных, а также некоторые уравнения из общей системы, приведенные к более простому виду благодаря введению ниже перечисленных допущений:
• считается, что скорость рабочего тела, поступающего в камеру РД, равна нулю (wк=0);
• рабочее тело полагается подчиняющимся законам идеального газа, т.е. для него справедливы уравнения состояния идеального газа;
• принимают, что в процессе движения рабочего тела вдоль сопла не происходит теплообмена между рабочим телом и стенками сопла, т.е.
...
2.2 Термодинамические процессы, протекающие в камере электронагревного движителя
Обобщенно можно представить ТД процессы, протекающие в ЭРД с ВЧ нагревом рабочего тела, следующим образом (см. рисунок 17):
Рисунок 3. Схема электронагревного ракетного движителя
Запишем уравнение баланса энергии в интегральной форме для промежутка времени в предположении установившегося процесса работы двигателя:
, (2.13)
где Qрас –потери энергии в двигателе, связанные с рассеянием ее в стенки камеры и сопла и др.;
Ср0, Сра – изобарные теплоемкости рабочего тела соответственно при температурах рабочего тела на входе в камеру и на выходе из сопла, Дж/(кг*К);
Т0, Та - температуры рабочего тела соответственно на входе в камеру и на выходе из сопла, К;
w0, wа – скорости потока рабочего тела соответственно на входе в камеру и на выходе из сопла, м/с.
Разделим все члены записанного уравнения на (), т.е. приведем его к удельной форме:
, (2.14)
Его можно записать иначе:
, (2.15)
где .
...
Заключение
С использованием приведенных выше формул были проведены численные расчеты рабочих характеристик реактивного двигателя для рабочих тел (как водород содержащих Н2, NН3, Н2О, так и водород не содержащих СО2, N2, Не2, Аr). Все расчеты производились для одинаковых термодинамических параметров в камере двигателя, для одних и тех же геометрических размеров камеры и сопла, и баллонов системы хранения и подачи рабочего тела. Полеченные результаты расчета сведены в таблицу 2 и графически представлены на рисунке 4. На рисунке 4 представлены зависимости удельного импульса ракетного двигателя, массы необходимого рабочего тела, массы СХП этого рабочего тела, и суммарной массы СХП, и рабочего тела от рода рабочего тела (проще говоря, от М и к рабочего тела). Из этой зависимости вытекает вывод о преимущественном использовании в качестве рабочих тел веществ с низкой молекулярной массой.
...
Перечень условных обозначений, символов, единиц, сокращений и терминов
Обозначения
Индексы
а – скорость звука, м/с;
* - равновесный параметр;
В – индукция магнитного поля, Тл;
а – выходное сечение параметра;
F – сила, Н;
кр – критическое сечение сопла;
Iс – ток катушки, А;
к – сечение камеры сгорания
Ib – ток ионного пучка, А;
реактивного двигателя;
k – показатель адиабаты;
max – максимальный;
m – масса, кг;
min – минимальный;
- массовый расход, кг/с;
opt – оптимальный;
N –мощность, Вт;
б – бак;
n –концентрация частиц, м-1;
к – камера;
P – давление, Па;
0 – начальный;
T – температура, К;
U – напряжение, В;
W – скорость, м/с;
- плотность, кг/м3;
P, R – тяга ракетного двигателя, Н;
- тяговый КПД;
- приращение по времени, с;
- потенциал ионизации, эВ;
- сечение ионизации, см2;
- частота, 1/с;
Сокращения
АЭД – автоэмиссионный двигатель;
ВЧ – высокочастотный;
ИПД – импульсный плазменный двигатель;
КА – космический аппарат;
КПД – коэффициент полезного действия;
ПИД – пл.
...
1. Безэлектродный разряд высокого давления. ЖТФ, №36, т.5, 1966г., с.913-919
2. Особенности развития импульсных СВЧ разрядов в различных газах. ЖТФ, №4, т.68, 1998г, с.33-36
3. Получение атомарного водорода в высокочастотном газовом разряде и масс-спектрометрическая диагностика процесса. ЖТФ, №5, т.67, 1997г., с.140-142
4. K.H. Groh, H.J. Letter. RIT 15 – a medium range radio-frequency ion thruster.
Форма заказа новой работы
Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям
