Министерство образования Украины

Государственный аэрокосмический университет

имени Н.Е. Жуковского

«Харьковский авиационный институт»

Кафедра 402

РЕФЕРАТ на тему : Ионно-плазменные двигатели с высокочастотной безэлектродной 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 |13 |
|нагревом рабочего тела | |
|2.1 Математический аппарат численной модели |13 |
|термогазодинамических процессов, имеющих место в камере и | |
|сопловом аппарате ракетного двигателя | |
|2.2 Термодинамические процессы, протекающие в камере |16 |
|электронагревного движителя | |
|Заключение |20 |
|Перечень условных обозначений, символов, единиц, сокращений и |22 |
|терминов | |
|Список используемых источников информации |23 |

Введение

Как было показано последними исследованиями, энергетика
(энергообеспечение) космических аппаратов с ресурсом 1-20 лет всегда будет первостепенной проблемой. Двигатели малых тяг, которые осуществляют коррекцию и стабилизацию таких космических аппаратов, обладают некоторыми особенностями, например, длительным ресурсом, высокой надежностью, оптимальной «ценой» тяги (отношение энергетических затрат к единице тяги).
Для обеспечения долгосрочного ресурса необходимо уменьшить температуру конструктивных элементов плазменных движителей, плазма не должна взаимодействовать с элементами конструкции. В основном скорость истекающей плазмы (характеристическая скорость) определяет удельный импульс движителя. Чем больше значение характеристической скорости, тем больше и удельный импульс. Для осуществления длительных работ (программ) в космосе необходимо иметь надежные, высокоэффективные электроракетные двигатели со скоростями истечения плазмы 103-105 м/с и более.

Мы получили следующие результаты: при скоростях истечения рабочего тела 1000-9000 м/с термоэлектрические движители работают надежно, а в настоящее время создаются движители со скоростями истечения рабочего тела
2000-20000 м/с.

Использование электродуговых плазменных движителей для этих целей продемонстрировало, что в данном диапазоне скоростей негативные явления наблюдаются лишь вследствие эксплуатации движителя больше заданного времени ресурса.

Повышение температуры плазмы в движителях такого типа приводят к повышению удельного импульса. Но почти 50% электрической энергии подводимой к электродам, превращается в тепло и не участвует в повышении скорости плазменного пучка, а электроды испаряются (уменьшаются), что уменьшает ресурс движителя.

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

Одним из современных направлений развития плазменных ускорителей является разработка двигателей малых тяг, работающих на принципе безэлектродного создания электромагнитной силы в форме ВЧ- и СВЧ-полей в плазменном объеме, удержании плазмы и ее ускорении в магнитном поле заданной формы. В этом случае предлагается концепция термоэлектрического движителя с высокочастотным нагревом рабочего тела, такого как водород. Это позволяет существенно уменьшить взаимодействие плазмы на элементы плазменного ускорителя, исключить потери энергии на электродах и использование магнитного сопла значительно повысят КПД движителя. Таким образом, преимущества этого типа движителей очевидны. Они заключаются 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 диапазоне скоростей истечения, которую движители других типов не могут обеспечить;