Экспериментальное исследование высокочастотного ионного двигателя с имитацией работы разрядной камеры в прямоточном режиме


DOI: 10.34759/tpt-2022-14-10-457-465

Авторы

Гордеев С. В.*, Мельников А. В.**, Хартов С. А.***

*e-mail: svyatoslavgordeev@mail.ru
**e-mail: k208@mai.ru
***e-mail: skhartov@ya.ru

Аннотация

Существует нерешенная на сегодняшний день проблема создания прямоточного электроракетного двигателя. В работе приводится описание результатов экспериментального исследования лабораторного образца высокочастотного ионного двигателя с прямоточной конфигурацией разрядной камеры. Конструктивное устройство образца позволяло создать в рабочей области двигателя параметры среды, приближенные к условиям, возникающим при работе прямоточного электроракетного двигателя на низкой орбите. Исследования проводились при различных уровнях прозрачности входной границы устройства забора атмосферных газов. Диаметр извлекаемого пучка ионов составлял 50 мм. Были получены интегральные характеристики образца при его работе от стендовых источников электропитания. При данном типоразмере двигателя была достигнута тяга до 1 мН при работе на азоте. Представленные в работе экспериментальные зависимости потребляемой ВЧ-мощности от расхода рабочего тела для различных значений тока ионного пучка могут быть использованы при проектировании устройства забора атмосферных газов для такого типа двигателей. Также была проведена оценка теплового состояния разрядной камеры. Максимальная расчетная температура в камере составила 770 К.

Ключевые слова:

прямоточный электроракетный двигатель, высокочастотный ионный двигатель, разрядная камера, ионно-оптическая система, устройство забора атмосферных газов

Библиографический список

  1. Ерофеев А.И., Суворов М.О., Никифоров А.П., Сырин С.А., Попов Г.А., Хартов С.А. Разработка воздушного прямоточного электрореактивного двигателя для компенсации аэродинамического торможения низкоорбитальных космических аппаратов // Вестник НПО им. С.А. Лавочкина. 2016. № 3. С. 104–110.

  2. Corbett M.H., Edwards C.H. Thrust Control Algorithms for the GOCE Ion Propulsion Assembly. 30th International Elec- tric Propulsion Conference (IEPC-2007-21). Italy, September 17–20, 2007, pp. 1–10.

  3. Nishiyama K. Air breathing ion engine concept. 54th International Astronautical Congress of the International Astronautical Federation, the International Academy of Astronautics, and the International Institute of Space Law (IAC-03- S4-02). Bremen, 29 September – 3 October, 2003, p. 1.

  4. Филатьев А.С., Ерофеев А.И., Голиков А.А., Хартов С.А., Никифоров А.П., Попов Г.А., Суворов М.О., Янова О.В. Прямоточные воздушные электрореактивные двигатели для длительных полетов аэрокосмических аппаратов на сверхнизких орбитах // Международная конференция «Наука и технологии высокоскоростных летательных аппаратов» (Москва, 26–29 ноября 2018 г.).

  5. Gordeev S.V., Filatyev A.S., Khartov S.A., Popov G.A., Su vorov M.O. The concept of a ramjet electric propulsion for a low-orbit spacecraft. IAA/AAS Scitech Forum 2019 on Space Flight Mechanics and Space Structures and Materials, Advances in The Astronautical Sciences, 2019, vol. 174, pp. 245–256, IAA-AAS-SciTech2019-027 AAS 19-967.

  6. Ерофеев А.И., Никифоров А.П., Плугин В.В. Экспериментальные исследования воздухозаборника в свободномолекулярном потоке газа // Ученые записки ЦАГИ. 2017. Т. XLVIII. № 3. C. 56–69.

  7. Goebel D.M. Analytical Discharge Model for RF Ion Thrusters. IEEE Transactions on Plasma Science, 2008, vol. 36, no. 5, pp. 2111–2121.

  8. Picone J.M., Hedin A.E., Drob D.P., Aikin A.C. NRLMSISE-00 empirical model of the atmosphere: Statistical comparisons and scientific issues. Journal of Geophysical Research, 2002, vol. 107, no. A12, 1468, pp. 1–16.

  9. Feili D., Lotz B., Meyer B. et al. Testing and Comprehensive Modeling of a GIE Utilizing Atmospheric Propellants. Proc of 33rd International Electric Propulsion Conference (IEPC- 2013-354). The George Washington University, Washington, D.C., 6–10 October, 2013, pp. 1–15.

  10. Кошмаров Ю.А., Рыжов Ю.А. Прикладная динамика разреженного газа. Москва: Машиностроение, 1977. 184 с.

  11. Гордеев С.В., Канев С.В., Мельников А.В., Назаренко И.П., Хартов С.А. Исследование высокочастотного ионного двигателя с прямоточной конфигурацией разрядной камеры // Инженерный журнал: наука и инновации. 2022. Вып. 5. C. 1–13. URL: http://dx.doi.org/10.18698/2308-6033-2022-5-2179

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2024