Обоснование методики определения профиля эрозии ускоряющего электрода газоразрядного источника ионов

Авторы

Духопельников Д. В.^*, Воробьев Е. В.^**

Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, 2-я Бауманская ул., 5, стр. 1, Москва, 105005, Россия

*e-mail: duh@bmstu.ru
**e-mail: evgsparrow@gmail.com

Аннотация

Описан способ определения профиля эрозии поверхности элементов электроракетных двигателей (ЭРД) и других газоразрядных приборов под действием распыления неоднородными ионными потоками с помощью многослойных покрытий из контрастных материалов. Показано, что при выборе структуры многослойных покрытий ключевым параметром при вычислении толщин отдельных слоев является угол выработки поверхности. Приведено теоретическое доказательство применимости выражения для угла выработки поверхности, полученного для массивного материала, для любого слоя многослойного покрытия произвольной структуры. Представленные ре­зультаты могут быть полезны при выборе оптимальных толщин слоев многослойных покрытий для ускоренного определения профиля эрозии поверхностей ионно-оптической системы ЭРД.

Ключевые слова

профиль эрозии, ионная бомбардировка, многослойные покрытия, ионно-оптическая система, ионные двигатели, ускоренные испытания

Библиографический список

1. Архипов А.С., Ким В.П., Сидоренко Е.К. Стационар­ные плазменные двигатели Морозова. – М.: Изд-во МАИ, 2012. – 292 с.

2. Обухов В.А., Покрышкин А.И., Попов Г.А., Яшина Н.В. Использование маршевой электроракетной двигательной установки для управления ориента­цией КА // Вестник Московского авиационного института. 2009. Т. 16. № 3. С. 30-40.

3. Обухов В.А., Покрышкин А.И., Попов Г.А., Яшина Н.В. Управление движением и ориентацией косми­ческого аппарата на высокоэллиптической орбите // Вестник Московского авиационного института. 2007. Т. 14. № 4. С. 22-29.

4. Goebel D.M. and Katz I. Fundamentals of Electric Propulsion: Ion and Hall Thrusters. – Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, 2008. – 486 p.

5. Polk J. Overview of the USA Electric Propulsion Programs // 30th International Electric Propulsion Conference IEPC–2007–388, Villa Vittoria, Florence, Italy, 17–20 September, 2007.

6. Wirz R.E., Anderson J.R., Goebel D, Katz I. XIPS Ion Thruster Grid Erosion Assessment for Deep Space Missions // 30th International Electric Propulsion Conference IEPC–2007–265, Florence, Italy, 17– 20September, 2007, 9 p.

7. Духопельников Д.В., Ивахненко С.Г. Влияние азиму­тального отклонения ионов на форму пучка двига­теля с анодным слоем // Наука и образование. 2012. № 10. С. 157-164.

8. Духопельников Д.В., Воробьев Е.В., Ивахненко С.Г. Управление ионными потоками в холловских уско­рителях // Вестник Московского авиационного института. 2017. Т. 24. № 2. С. 24-30.

9. Polk J, Anderson J., Brophy J., Rawlin V.K., Patterson M.J., Sovey J. In Situ, Time-Resolved Accelerator Grid Erosion Measurements the NSTAR 8000 Hour Ion Engine Wear Test // 25th International Electric Propulsion Conference, Cleveland, OH, USA, Aug. 1997.

10. Polk J., Anderson J., Brophy J., Rawlin V., Patterson M, Sovey J., Hamley J. An overview of the results from an 8200 hour wear test of the NSTAR ion thruster // 35th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit, Los Angeles, CA, USA, June 1999.

11. Khaustova A., Loyan A. Method for the erosion rate measurements of stationary plasma thruster insulators // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2017. Vol. 3. № 5(87), pp. 11-17. DOI: 10.15587/1729-4061.2017.99295

12. Domonkos M.T., Stevens R.E. Assessment of Spectroscopic, Real-Time Ion Thruster Grid Erosion- Rate Measurements // 36th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibits AIAA-2000- 3815, Las Vegas, NV, USA, 24-28 July, 2000. DOI: 10.2514/6.2000-3815

13. Abgaryan V.K., Akhmetzhanov R.V., Cherkasova M.V., Loeb H.W., Obukhov V.A. Numerical Simulation of a High-Perveance Ion-Optical System with a Plasma Emitter // Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. 2013. Vol. 7. No. 6, pp. 1092-1099. DOI: 10.1134/ S1027451013060037

14. Chaplin V.H., Polk J.E., Katz I., Williams G, Soulas G.C., Yim J, Anderson J.R. 3D simulations of Ion Thruster Accelerator Grid Erosion Accounting for Charge Exchange Ion Space Charge // Joint Propulsion Conference, Cincinnati, Ohio, USA, 09-11 July, 2018. DOI: 10.2514/6.2018-4812

15. Brophy J.R., Katz I., Polk J.E., Anderson J.R. Numerical Simulations of Ion Thruster Accelerator Grid Erosion // 38th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, Indianapolis, Indiana, USA, 7­10 July, 2002. DOI: 10.2514/6.2002-4261

16. Poeschel R.L., Beattie J.R. Primary Electric Propulsion Technology Study. – Final Technical Report, Hughes Research Labs., Malibu, CA, United States, Nov. 1979. – 196 p.

17. Barker T. Impingement-Current-Erosion Characteristics of Accelerator Grids on Two-Grid Ion Thrusters. – Final Technical Report, Colorado State Univ.; Dept. of Mechanical Engineering.; Fort Collins,CO United States, 1996. – 86 p.

18. Духопельников Д.В., Воробьев E.B., Ивахненко С.Г., Ахметжанов Р.В., Обухов В.А., Попов Г.А., Хартов С.А. Методика визуализации и определения профи­ля эрозии поверхности, вызванной ионной бомбар­дировкой // Поверхность. Рентгеновские, синхрот­ронные и нейтронные исследования. 2016. № 1. С. 15-20. DOI: 10.7868/S020735281601011X

19. Ахметжанов Р.В., Богатый А.В., Каширин Д.А., Обу­хов В.А., Черкасова М.В. Ускоренные ресурсные испытания ионного двигателя // Тезисы докладов на 15-й Международной конференции «Авиация и космонавтика – 2016» (МАИ, 14-18 ноября 2016). – М.: Люксор, 2016. С. 257-258.

20. Ахметжанов Р.В. Оценка скорости эрозии ускоря­ющего электрода двухэлектродной ионно-оптичес­кой системы ионного двигателя на укороченной временной базе // XLI Академические чтения по космонавтике (МГТУ имени Н.Э. Баумана, 24-27 января 2017): Тезисы докладов. – М.: Изд-во МГТУ имени Н.Э. Баумана, 2017. С. 75-76.

Скачать статью