Автореферат (Влияние величины и топологии магнитного поля на интегральные характеристики стационарных плазменных двигателей (СПД)), страница 5

Стоитотметить, что для изготовления РК СПД-100М был использован материал, эрозионнаястойкость которого, по меньшей мере, в 1,3 раза выше, чем у БГП-10, используемогов настоящее время в СПД-100.Результаты измерений, представленные для наглядности в таблице 5, показали,что средние глубина и ширина поясков эрозии модернизированного двигателя после1000 часов работы оказались практически в 2 раза меньше, чем наблюдались вСПД-100 после 960 часов. Начальная скорость эрозии изоляторов РКусовершенствованного двигателя примерно в 2 раза ниже, чем у серийного СПД-100.Таблица 5Профили эрозии РК СПД-100 и СПД-100М и параметры и топология магнитного полядвигателей110.950.950.90.80.90.80.70.7б)а)Профили эрозии изоляторов РК СПД-100 (363 ч, 561 ч, 960 ч): а) – внутренний, б) – наружный110,950,950,90,90,80,80,70,7а)б)Профили эрозии изоляторов РК СПД-100М ЕМ3 (220 ч, 382 ч, 528 ч, 646 ч, 800 ч, 1000 ч):а) – внутренний, б) – наружный20Учитывая также, что, как было показано, оптимизация положения К-К напериферии анодного блока СПД-100 позволяет снизить скорость эрозии поджигныхэлектродов катодов на порядок, можно утверждать, что СПД-100М будет иметьсущественно более высокие ресурсные характеристики, чем СПД-100.В выводах к четвертой главе определены параметры МС СПД,способствующие достижению требуемых выходных характеристик двигателей.В заключении диссертации сформулированы основные выводы ирезультаты работы:1.

Проведен анализ конструкций существующих МС СПД и предложен вариант ихклассификации.2. Определены и обоснованы возможные допущения при построении расчетныхмоделей МС СПД. Отработана методика расчета магнитного поля двумерных итрехмерных расчетных моделей МС СПД. Показано, что результаты расчетовсогласуются с результатами прямых измерений индукции и определенияконфигурации силовых линий магнитного поля, при этом погрешность расчетов непревышает 10 %.3.

Проведен анализ взаимосвязи величины и топологии магнитного поля и границзон эрозии стенок РК двигателей различных типоразмеров ОКБ «Факел» иустановлено, что границы зон эрозии на наружной и внутренней стенках со стороныанода находятся на пересечении одной «граничной» силовой линии магнитного полясо стенками независимо от типоразмера двигателя, напряжения разряда, формымагнитной линзы, величины индукции и материала РК. Положение этой «граничной»силовой линии может быть определено положением величины индукции k  Br max насрединной линии УК, где коэффициент k зависит от удельного расхода РТ ввыходной зоне канала двигателя. При этом названная зависимость удовлетворительноописывается единой для всех исследованных двигателей кривой. Показано также, чтов процессе длительной работы СПД при постоянном удельном расходе положениеграниц зон эрозии стенок РК остается в первом приближении постоянным, такимобразом, эрозии будет подвержена вся область РК от среза до соответствующей«граничной» силовой линии.4.

Проведено исследование различных факторов, влияющих на выборместоположения катода на периферии анодного блока СПД, и установленоследующее:− источник ускоренного потока плазмы, вызывающего эрозию поджигныхэлектродов катодов, локализован в области, примыкающей к наружному полюсу инаружной стенке РК;− допустимая для обеспечения высоких тяговых характеристик двигателя индукциямагнитного поля в зоне размещения катода не должна превышать 3 мТл.Сформулированы основные рекомендации по определению оптимальногопериферийного местоположения катода, при котором была бы уменьшена эрозия егоэлементов и обеспечена высокая тяговая эффективность работы двигателя, и способыреализации.

Оптимизация положения катодов в СПД-100 позволила снизить скорость21распыления поджигных электродов катода на порядок при сохраненииэффективности работы двигателя.5. Проведен расчет магнитных полей в ряде моделей СПД, разрабатываемых в ОКБ«Факел» и разработаны рекомендации по проектированию их МС. Показано, чтоповышение тяговых и ресурсных характеристик и уменьшение расходимости струиСПД может быть достигнуто оптимизацией параметров и топологии магнитного полядвигателя.

Так в новой модификации СПД-100 благодаря оптимизации конструкциимагнитной системы в номинальном режиме работы (при мощности разряда 1350 Вт иразрядном напряжении 300 В) обеспечено повышение интегральных параметровдвигателя на 8 % при уменьшении полуугла расходимости струи до 30º за счетуменьшения протяженности зон эрозии, свидетельствующем о сокращенияпродольной протяженности СИУ и выдвижении его к выходу из УК в сравнении ссерийным двигателем.Разработанные на основе полученных результатов методики и рекомендациивнедрены при разработке перспективных двигателей в рамках ОКР «Двигателей ТМ»,«Двина ТМ», НИОКР из прибыли ОКБ «Факел» и др. и могут быть использованы присоздании СПД нового поколения с повышенными ресурсными и выходнымихарактеристиками.Основное содержание и результаты диссертационной работы изложены вследующих публикациях:1*. Гниздор Р.Ю., Козубский К.Н., Митрофанова О.А.

Компьютерное моделированиемагнитных систем стационарных плазменных двигателей// Вестник Российскогогосударственного университета им. И. Канта, 2010. Выпуск 10. С. 137-144.2. Гниздор Р.Ю., Митрофанова О.А., Нестеренко А.Н. Разработка и применениематематических моделей магнитных систем стационарных плазменных двигателей//Сборник материалов по итогам научно-практической конференции «Будущеероссийской космонавтики в инновационных разработках молодых специалистов» 5-7апреля 2010 года и научно-технического семинара 20-22 декабря 2010 года молодыхученых и специалистов предприятий ракетно-космической промышленности,Королев Московской области, 2011.

С.59-61.3. Mitrofanova O. A., Gnizdor R. Yu., Murashko V. M., Koryakin A. I., Nesterenko A. N.New generation of SPT-100. IEPC-2011-041// Proc. of 32nd International ElectricPropulsion Conference, Wiesbaden, Germany, September 11 – 15, 2011.4*. Гниздор Р.Ю., Митрофанова О.А., Гопанчук В.В., Козубский К.Н., Мурашко В.М.Способ размещения катода-компенсатора в плазменном двигателе и устройство дляего осуществления// Патент РФ № 2426913, H05H 1/54, F03H 1/00, 06.04.2010, Бюл.№23, 20.08.2011.5. Гниздор Р.Ю., Митрофанова О.А., Нестеренко А.Н. Исследование влиянияпараметров и топологии магнитного поля периферийной зоны стационарногоплазменного двигателя на эффективность работы катода-компенсатора //10-яМеждународная конференция «Авиация и космонавтика-2011», 8-10 ноября, 2011.Москва.

Тезисы докладов. СПб.: Мастерская печати, 2011. С. 167.226*. Гниздор Р.Ю., Митрофанова О.А., Румянцев А.В. Исследование влияниямагнитного поля СПД на разность потенциалов между катодом и «землей»// ВестникМосковского авиационного института, 2012. Том 19, выпуск 2. С. 47-52.7*. Гопанчук В.В., Митрофанова О.А., Потапенко М.Ю. Исследование конфигурациисердечника источника намагничивания магнитных систем электрореактивныхдвигателей// Труды МАИ, 2012. Выпуск 50.

www.mai.ru/science/trudy/8*. Гниздор Р.Ю., Нестеренко А.Н., Митрофанова О.А. Форсирование СПД-100 потяге// Труды МАИ, 2012. Выпуск 60. www.mai.ru/science/trudy/9*. Митрофанова О.А., Румянцев А.В. Исследование влияния параметров и топологиимагнитного поля периферийной зоны стационарного плазменного двигателя наэффективность работы катода-компенсатора // Вестник Балтийского федеральногоуниверситета им. И.

Канта, 2012. Выпуск 4. С. 44-51.10. Mitrofanova O. A., Gnizdor R. Yu. Influence of SPT magnetic field on life timecharacteristics of the thruster. IEPC-2013-51// Proc. of 33rd International ElectricPropulsion Conference, Washington, D.C, USA, October 6 – 10, 2013._________________________________________________________________________*отмечены российские журналы из списка ВАК и патенты РФ.23.