Диссертация (1103382), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Также они должны учитываться присоздании новых более совершенных либо быстродействующих моделей.Безусловно, данная модель не является совершенной и имеет некоторые недостатки.Во-первых, данная модель, являясь двухмерной, упускает из рассмотрения процессы,протекающие в азимутальном направлении. Правильный учет этих процессов важен,поскольку они отвечают за развитие неустойчивостей, обеспечивающих транспортэлектронов поперек магнитного поля. Вместо этого в данной модели недостающаяпроводимость компенсировалась бомовской диффузией, т. е.
дополнительными упругимистолкновениями электронов.Второйнедостатокзаключаетсявдлительномвременирасчета.Высокаяресурсоемкость расчетной программы делает модель плохо применимой для ГРКбольшого размера. Решение этой проблемы может быть найдено путем созданиягибридной модели плазмы. Однако при этом необходимо учитывать особенностидинамики электронной компоненты, связанные со сложной функцией распределения.103Таким образом по результатам работы можно сделать следующие выводы:1.
Разработана модель, описывающая динамику плазмы в газоразрядной камереионного двигателя. Модель является нестационарной, полностью кинетической,двухмерной по координате, трехмерной по скорости, основывается на методе частицв ячейках (Particle-in-cell или PIC). В модели учитывается самосогласованноедвижение компонент плазмы, взаимодействие частиц друг с другом и границамиобласти моделирования. Модель учитывает упругое рассеивание электронов нанейтралах, возбуждение и ионизацию, кулоновские столкновения электронов истолкновения перезарядки ионов с нейтралами.
Бомовская диффузия моделируется спомощью дополнительных упругих столкновений.2. Созданпакетвычислительныхпрограммдляосуществлениячисленногомоделирования и анализа его результатов. Этот программный комплекс позволяетмоделировать динамику плазмы в газоразрядных камерах ионных двигателей сосложными геометрией и топологией магнитного поля. Результатами моделированияявляются интегральные параметры работы газоразрядной камеры, их динамика вовремени и распределения различных локальных параметров плазмы (таких какэлектрический потенциал, концентрации и энергии компонент, частоты реакцийи др.). Эти данные могут быть полезны при оптимизации существующих иразработкеперспективныхионныхдвигателей.Результатыпроведенногомоделирования находятся в хорошем соответствии с экспериментальными данными.3. Анализ результатов моделирования показал, что в газоразрядной камере ионногодвигателяфункцияраспределенияэлектроновпоэнергиямотличнаотмаксвелловской.
В центральной части камеры это отклонение вызвано пучкомпервичных электронов. По мере удаления от оси функция распределенияприближается к распределению Максвелла. Однако в прианодной областиприсутствует анизотропия электронной компоненты относительно силовых линиймагнитного поля, вызванная особенностями движения электронов и приводящая кдвумерному виду функции распределения.4. Показано, что в газоразрядной камере ионного двигателя смещение точки фокусатраекторий первичных электронов и, соответственно, локального максимуматемпературы к катоду с помощью изменения величины или топологии магнитногополя приводит к увеличению размера зоны эффективного ионообразования.Положение точки фокуса коррелирует с величиной энергетических затрат насоздание ионного пучка (энергетической ценой иона).1047 Список литературы1.
Coueiri Y. E. "A Critical History of Electric Propulsion: The First Fifty Years". — 40thAIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, Fort Lauderdale, Florida,2004. — P. 1-21. — AIAA 2004-3334.2. Jahn R. G. Physics of Electric Propulsion // Dover Publications, Inc..
— 2006.3. Sovey J. S., Rawlin V. K., Patterson M. J. Spacecraft Electric Propulsion - An Overview// Journal of Propulsion and Power. — 2001. — Vol. 17, 3. — P. 517-526.4. Jahn R. G., Choueiri E. Y. Electric Propulsion // Encyclopedia of Physical. — NewYork : Academic Press. — Vol. 5.5. Frisbee R. H. Advanced Space Propulsion for the 21st Century // Journal of Propulsionand Power. — 2003. — Vol.
19, 6. — P. 1129-1154.6. Goebel D. M., Katz I. Fundamentals of Electric Propulsion: Ion and Hall. — New York :John Wiley & Sons, 2008.7. Oh D. Y., Goebel D. M. Performance Evaluation of an Expanded Range XIPS IonThruster System for NASA Science Missions // 42nd AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint PropulsionConference & Exhibit. — Sacramento, California, 2006. — P. 1-12. — AIAA-2006-4466.8.
Kuninaka H., Nishiyama K., Funaki I., Shimizu Y., Yamada T., Kawaguchi J.Assessment of Plasma Interactions and Flight Status of the HAYABUSA Asteroid ExplorerPropelled by Microwave Discharge Ion Engines // IEEE Transactions on Plasma Science. —2006. — Vol. 34, 5. — P. 2125-2132.9. Brophy J. R., Marcucci M. G., Ganapathi G. B., Gates J., Garner C. E., Klatte M. Lo. J.,Nakazono B., Pixler G. Implementation of the Dawn Ion Propulsion System // 41stAIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit. — Tucson, Arizona, 2005. —P. 1-17. — AIAA 2005-4071.10.
Wirz R. E., Sullivan R., Przybylowski J., Silva M. Hollow Cathode and Low-ThrustExtraction Grid Analysis for a Miniature Ion Thruster // International Journal of Plasma Scienceand Engineering. — 2008. — P. 1-11.11. Ловцов А. С., Пучков П. М., Шутов В. Н. Сильноточный генератор плазмы наоснове полого катода для мощных электроракетных двиагтелей // Приборы и техникаэксперимента. — 2014.
— 3. — C. 78-83.12. Strogatz Steven The End of Insight / ed. Brockman John. — HarperCollins, 2007. —Vol. What is your dangerous idea?. — ISBN 9780061214950.13. Поттер Д. "Вычислительные методы в физике". — Москва : Мир, 1974.10514. Colombi S., Touma J. Vlasov-Poisson: The whaterbag method revisited //Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation. — 2008. — Vol.
13, 1. — P.46-54.15. Mikellides I. G., Katz I. Numerical simulation of Hall-effect plasma accelerators on amagnetic-field-aligned mesh // Physical Review. — 2012. — Т. E 86.16. Hofer R. R., Katz I., al. et Efficacy of Electron Mobility Models in Hybrid-PIC HallThruster Simulations // AIAA 2008-4924. — 2008.17.
Garrigues L., Boyd I. D., Boeuf J. P. Computation of Hall Thruster Performance //Journal of Propulsion and Power. — 2001. — Vol. 17, 4.18. Bareilles J., Hagelaar J., et al. Critical assessment of a two-dimensional hybrid Hallthruster model: Comparisons with experiments // Physics of Plasmas.
— 2004. — Т. 11.19. Brophy J. R. Ion Thruster Perfomance Model // NASA CR-174810. — 1984.20. Brophy J.R., Wilbur P.J. Simple Performance Model for Ring and Line Cusp IonThruster // AIAA Journal. — 1985. — 23. — 11. — P. 1731-1736.21. Masek T. D. Plasma Properties and Performance of Mercury Ion Thrusters // AIAA1969-256.
— 1969.22. Knauer W. Power Efficiency Limits of Kaufman Thruster Discharges // AIAA-1970177.23. Longhurst G. R., Wilbur P. J. Plasma Property and Performance Prediction forMercury Ion Thrusters // Electric Propulsion and Its Application to Space Missions. — 1981. —Progress in Astronautics and Aeronautics. — Т. 79. — C.
224-250.24. Matossian J.N., Beattie J.R. Model for Computing Volume-Averaged PlasmaProperties in Electron-Bombardment Ion Thrusters // Journal of Propulsion and Power. — 1989.— Vol. 5, 2. — P. 188-196.25. Strickfaden W. B, Geiler K. L. Probe Measurements of the Discharge in an OperatingElectron Bombardment Engine / Jet Propulsion Laboratory. — Pasadena, 1963. — TR 32-417.26. Wilbur P. J., Kaufman H. R. Scaling Relationships for Mercury and GaseousPropellant Ion Thrusters // AIAA-1978-667. — 1978.27. Arakawa Y., Wilbur P. J. Discharge chamber calculations in cusped ion thrusters usingthe finite element method // Proceedings of International Electrical Propulsion Conference paper.— 1988.
— P. 460-466. — AIAA-88-079.28. Arakawa Y., Wilbur P.J. Finite Element Analysis of Plasma Flows in Cusped // Journalof Propulsion and Power. — 1991. — Vol. 7, 1. — P. 125-128.10629. Arakawa Y., Yamada T. Monte Carlo Simulation of Primary Electron Motions inCusped Discharge Chambers // 21st International Electric Propulsion Conference. — Orlando,1990. — AIAA-90-2654.30. Arakawa Y., Ishihara K. A Numerical Code for Cusped Ion Thrusters // 22ndInternational Propultion Conference.
— Viareggio, Italy, 1991. — IEPC-91-118.31. Hirakawa M., Arakawa Y. Plasma Particle Simulation in Cusped Ion Thrusters // 23rdInternational Electric Propulsion Conference. — Seattle, WA, 1993. — IEPC-93-242.32. Sandonato G.M., Barroso J.J., Montes A. Magnetic Confinement Studies forPerformance Enhancement of a 5-cm Ion Thruster // IEEE Transactions on Plasma Science.
—1996. — Vol. 24, 6. — P. 1319-1329.33. Mahalingam S., Menart J. Primary Electron Modeling in the Discharge Chamber of anIon Engine // AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exibit. — Indianapolis,IN, 2002. — AIAA-2002-4262.34. Mahalingam S. Primary electron modeling in the discharge chamber of an ion engine..— Wright State University, 2002. — M.S.
thesis.35. Deshpande S. S., Mahalingam S., Menart J. A. Computational Study of PrimaryElectrons in the Cusp Region of an Ion Engine's Discharge Chamber // 40thAIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit. — Ft Lauderdale, FL, 2004.— AIAA-2004-4109.36. Wirz R., Katz I. A Preliminary 2-D Computational Model of an Ion Thruster DischargeChamber // 39th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit.
—Huntsville, Alabama, 2003. — AIAA-2003-5163.37. Wirz R., Katz I. 2-D Discharge Chamber Model for Ion Thrusters // 40thAIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit. — Fort Lauderdale, Florida,2004. — AIAA 2004-4107.38. Wirz R., Katz I Plasma Processes of DC Ion Thruster Discharge Chambers // 41stAIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit. — Tucson, AZ, 2005. —AIAA-2005-3690.39. Mahalingam S., Menatr J. A. Computational Model Tracking Primary Electrons,Secondary Electrons and Ions in the Discharge Chamber of an Ion Engine // 41stAIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
