Калибровка конической модели струи стационарного плазменного двигателя по интегральным параметрам двигателя

DOI: 10.34759/vst-2019-4-144-155

Авторы

Надирадзе А. Б.^1*, Фролова Ю. Л.^2**, Зуев Ю. В.^2***

1. Кафедра 208 «Электроракетные двигатели, энергетические и энергофизические установки»,
2. Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4

*e-mail: nadiradze@mai.ru
**e-mail: ylfrolova@yandex.ru
***e-mail: yuri_zuev@bk.ru

Аннотация

Проведен анализ возможных причин расхождения параметров струи, измеренных в лабораторных условиях и реализуемых в космосе, на основе применения многофракционной конической модели струи стационарного плазменного двигателя. Рассмотрены три возможных способа калибровки модели струи по интегральным пара­метрам двигателя: по разрядному току, по расходу и по тяге двигателя; исследовано влияние условий проведе­ния измерений на интегральные параметры струи. Отмечено, что добиться полного соответствия параметров таким путем не представляется возможным, поскольку имеет место эффект «развала» струи, обусловленный взаимодей­ствием ускоренных ионов с нейтральными частицами. Для получения более высокой точности модели струи не­обходимо учитывать указанные факторы и использовать более сложные методы коррекции.

Ключевые слова

электроракетный двигатель, плазменная струя, коническая модель, калибровка модели, зондовые измерения, давление остаточного газа

Библиографический список

1. Козубский К.Н., Мурашко В.М., Рылов Ю.П. и др. СПД работают в космосе // Физика плазмы. 2003. Т. 29. № 3. С. 277-292.

2. Ким В.П., Надирадзе А.Б., Попов Г.А., Ходненко В.П., Шишкин Г.Г. Проблемы применения электроракет­ных двигателей на космических аппаратах // Мо­дель космоса. Изд. 8-е. Т. 2 Воздействие космичес­кой среды на материалы и оборудование космичес­ких аппаратов / Под ред. проф. Л.С. Новикова. – М.: Книжный дом Университет, 2007. С. 615-659.

3. Manzella D.H., Allen D.R. Hall Thruster Plume Measurements On-Board the Russian Express Satellites, https://erps.spacegrant.org/uploads/images/images/iepc_articledownload_1988-2007/2001index/44_1.pdf

4. Лебедев Ю.А. Электрические зонды в плазме пони­женного давления. – М.: Институт нефтехимичес­кого синтеза им. А.В. Топчиева РАН, 2003. – 26 с.

5. Торопов Г.П. Математическое моделирование рас­пространения струи стационарного плазменного двигателя в объеме вакуумной камеры: Дисс. ... канд. техн. наук. – М.: МАИ, 2011. – 120 с.

6. Azziz Y. Experimental and Theoretical Characterization of a Hall Thruster Plume: Ph.D. thesis. – Massachusetts Institute of Technology, June 2007. – 230 p.

7. Ким В.П., Грдличко Д.П., Меркурьев Д.В., Смирнов П.Г., Шилов Е.А. Исследование характеристик ста­ционарного плазменного двигателя на режимах работы с высокими разрядными напряжениями // Вестник Московского авиационного института. 2015. Т. 22. № 4. С. 53-66.

8. Korsun A.G., Tverdokhlebova E.M., Gabdullin F.F. The Distinction between the EP Plume Expansion in Space and in Vacuum Chamber // The 29th International Electric Propulsion Conference, Princeton University, 31 October – 04 November 2005.

9. Khartov S, Metois P., Nadiradze A., Perrin V. Simulation Tools for the Plasma Propulsion and Satellite Environment // The 52nd International Astronautical Congress, Toulouse, France, 1-5 October 2001.

10. Khartov S.A., Nadiradze A.B. Some remarks about published data concerning the Spt-100 jet parameters distribution // Second Europian Spacecraft Conference, 27-29 May, 1997.– ESA SP-152, August 1997, pp. 183-189.

11. Absalamov S.K. et. al. Measurement of plasma parameters in the stationary plasma thruster (SPT-100) plume and its effects on spacecraft components // Proceedings of the 28th Joint Propulsion Conference and Exhibit, 6-8 July 1992, Nashive, TN, AIAA-92- 3156.

12. Kim S.W. Experimental investigations of Plasma parameters and Species-dependent ion energy distribution In the plasma exhaust plume of a hall thruster: Ph.D. thesis. – The University of Michigan, 1999. – 241 p.

13. Гасанов И.С. Плазменная и пучковая технология. – Баку: Элм, 2007. – 175 с.

14. Ким В.П., Меркурьев Д.В., Сидоренко Е.К. Исследо­вание параметров плазмы и радиальных потоков ионов вблизи выходной плоскости стационарного плазменного двигателя // Вестник Московского авиационного института. 2014. Т. 21. № 1. С. 95­–103.

15. Blinov N.V., Gorshkov O.A., Rizakhanov R.N., Shagayda A.A. Hall-Effect Thruster with High Specific Impulse // 4th International Spacecraft Propulsion Conference, Sardinia, Italy, 2-9 June 2004.

16. Горшков О.А., Шагайда А.А. Метод определения коэффициентов эффективности плазменного уско­рителя с замкнутым дрейфом электронов // Пись­ма в Журнал технической физики. 2008. Т. 34. № 4. С. 37-43.

17. Miller J.S., Pullins S.H., Levandier D.J., et.al. Xenon charge exchange cross sections for electrostatic thruster models // Journal of Applied Physics. 2002. Vol. 91. No. 3, pp. 984-991.

18. Иришков С.В. Численная модель динамики плазмы в холловском двигателе // Исследовано в России. URL: http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2006/044.pdf

19. Торопов Г.П., Хартов С.А. Математическая модель распространения струи плазменного ускорителя в объеме вакуумной камеры // Вестник Московско­го авиационного института. 2008. Т. 15. № 4. С. 25–­34.

20. Надирадзе А.Б., Фролова Ю.Л. Влияние давления в вакуумной камере на процессы формирования плазменной струи СПД // Авиация и космонавти­ка – 2018: Сборник тезисов 17-й Международной конференции (19-23 ноября 2018). М.: Люксор, 2018. С. 116-117.

Скачать статью