Реферат: Ионно-плазменные двигатели с высокочастотной безэлектродной ионизацией рабочего тела

Министерство образования Украины

Государственный аэрокосмический университет

имени Н.Е. Жуковского

«Харьковский авиационный институт»

Кафедра 402

РЕФЕРАТ

натему :   Ионно-плазменные двигатели с высокочастотнойбезэлектродной ионизацией рабочего тела

Выполнил:

________    Юрченко С.А.

1999-03-03

Харьков 1999 г.

Содержание

лист

Введение 3 1. Сравнительный анализ ЭРДУ 6 1.1 Применение ЭРД 7 1.2 Применение РИД 9 1.3 Общие преимущества РИД 9 1.4 Радиочастотный ионный движитель РИД-10 10 1.5 Радиочастотный ионный движитель РИД-26 11 1.6 Радиочастотный двигатель с магнитным полем (РМД) 11 2 Разработка численной модели электроракетного двигателя с ВЧ нагревом рабочего тела 13 2.1 Математический аппарат численной модели термогазодинамических процессов, имеющих место в камере и сопловом аппарате ракетного двигателя 13 2.2 Термодинамические процессы, протекающие в камере электронагревного движителя 16 Заключение 20 Перечень условных обозначений, символов, единиц, сокращений и терминов 22 Список используемых источников информации 23 Введение

          Какбыло показано последними исследованиями, энергетика (энергообеспечение)  космическихаппаратов с ресурсом 1-20 лет всегда будет первостепенной проблемой. Двигателималых тяг, которые осуществляют коррекцию и стабилизацию таких космическихаппаратов, обладают некоторыми особенностями, например, длительным ресурсом,высокой надежностью, оптимальной «ценой» тяги (отношение энергетических затратк единице тяги). Для обеспечения долгосрочного ресурса необходимо уменьшитьтемпературу конструктивных элементов плазменных движителей, плазма не должнавзаимодействовать с элементами конструкции. В основном скорость истекающейплазмы (характеристическая скорость) определяет удельный  импульс движителя.Чем больше значение характеристической скорости, тем больше и удельный импульс. Для осуществления длительных работ (программ) в космосе необходимоиметь надежные, высокоэффективные электроракетные двигатели со скоростямиистечения плазмы 103-105 м/с и более.

          Мы получилиследующие результаты: при скоростях истечения рабочего тела 1000-9000 м/стермоэлектрические движители работают надежно,  а в настоящее время создаютсядвижители со скоростями истечения рабочего тела 2000-20000 м/с.

          Использованиеэлектродуговых  плазменных движителей для этих целей продемонстрировало, что вданном диапазоне скоростей негативные явления наблюдаются лишь вследствиеэксплуатации движителя больше заданного времени ресурса.

          Повышениетемпературы плазмы в движителях такого типа приводят к повышению удельногоимпульса. Но почти 50% электрической энергии подводимой к электродам,превращается в тепло и не участвует в повышении скорости плазменного пучка, аэлектроды испаряются (уменьшаются), что уменьшает ресурс движителя.

          Внашем университете многие годы ведется детальная разработка таких движителей.Сравнение современных достижений по типовым движителям  приведено в таблице 1.

          Однимиз современных направлений развития плазменных ускорителей является разработкадвигателей малых тяг, работающих на принципе безэлектродного созданияэлектромагнитной силы в форме ВЧ- и СВЧ-полей в плазменном объеме, удержанииплазмы и ее ускорении в магнитном поле заданной формы. В этом случаепредлагается концепция термоэлектрического движителя с высокочастотным нагревомрабочего тела, такого как водород. Это позволяет  существенно уменьшитьвзаимодействие плазмы на элементы плазменного ускорителя, исключить потериэнергии на электродах и использование магнитного сопла значительно повысят КПДдвижителя. Таким образом, преимущества этого типа движителей очевидны. Онизаключаются в следующем:

-    высокий КПД (0,4 – 0,5);

-    длительный ресурс работы на борту (до 2-х лет);

-    высокая надежность и безопасность;

-    использование экологически чистого топлива;

-    такие движители обеспечивают характеристическую скорость в требуемом диапазонескоростей истечения, которую движители других типов не могут обеспечить;

-    массовые характеристики, «цена» тяги и стоимость сборки не превышают существующих.

          Этоможет стать возможным, если мы будем использовать некоторые достижениясовременной технологии и учтем некоторые нюансы:

1)  Извсех рабочих тел водород обладает минимальной атомной массой, то есть скоростьистечения водородной плазмы из ВЧ-ускорителя будет максимальной.

2)  Водород – экологически чистоерабочее вещество и необходимость его использования несомненна.

3)  Сейчасу нас есть технология безопасного хранения связанного водорода в виде гибридовметаллов на борту космического летательного аппарата. Это увеличивает КПД движителя и повышает эффективность работы системы в целом.

4)  Известно,что при ионизации водорода в любом типе электрического разряда потери припередачи энергии от электронной компоненты к ионной минимальны из-за минимальныхмассовых различий и потому, что для атомов водорода возможна лишь однократнаяионизация.

В таблице 1 приведены основные характеристики ионных двигателейразрабатываемых и применяемых в Европе в настоящее время.