Исследование характеристик струй стационарных плазменных двигателей (СПД) при повышенных разрядных напряжениях
Диссертация
Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических семинарах в Научно-исследовательском институте прикладной механики и электродинамики (НИИ ПМЭ), 5-ой, 6-ой, 7-ой и 8-ой Международных конференциях по неравновесным процессам в соплах и струях, 14-ой, 15-ой и 16-ой Международных конференциях по вычислительной механике и современным прикладным программным системам… Читать ещё >
Содержание
- ГЛАВА 1. Анализ состояния разработки СПД и основные задачи диссертационной работы
- 1. 1. Состояние разработки СПД
- 1. 2. Основные направления дальнейшего развития СПД
- 1. 3. Результаты исследования струй СПД
- 1. 4. Обзор математических моделей применяемых для исследования параметров струй СПД
- 1. 5. Цели и основные задачи диссертационной работы
- ГЛАВА 2. Экспериментальное исследование характеристик струй СПД, работающих при повышенных разрядных напряжениях
- 2. 1. Общая характеристика струй СПД
- 2. 2. Краткое описание стенда, методики и средств измерения параметров потока ускоренных ионов в струе СПД
- 2. 2. 1. Вакуумный стенд У-2В-1 и его системы
- 2. 2. 2. Электростатический зонд-энергоанализатор
- 2. 2. 2. 1. Принцип работы датчика
- 2. 2. 2. 2. Особенности функционирования датчика
- 2. 2. 2. 3. Конструкция датчика
- 2. 2. 2. 4. Недостатки датчика
- 2. 2. 3. Основные измеряемые характеристики и определяемые параметры
- 2. 3. Результаты исследования характеристик струй моделей СПД различных размеров
- 2. 3. 1. Краткое описание моделей СПД, для которых проведены исследования характеристик струи
- 2. 3. 2. Результаты исследования распределений плотности тока ускоренных ионов и энергетического спектра ионов в струях моделей СПД различных размеров
- 2. 3. 3. Анализ закономерностей изменения характеристик струи двигателя при изменении режима его работы
- 2. 4. Выводы по главе
- ГЛАВА 3. Анализ зависимости интегральных параметров струи от разрядного напряжения и их взаимосвязи с тяговой эффективностью двигателя
- 3. 1. Расчетная методика определения параметров струи СПД
- 3. 2. Зависимости интегральных параметров струи от разрядного напряжения
- 3. 3. Анализ взаимосвязи параметров струи, потерь тяги и тягового к.п.д
- 3. 4. Анализ факторов, снижающих тяговую эффективность двигателя
- 3. 4. 1. Неполнота использования рабочего тела в ускорительном канале двигателя
- 3. 4. 2. Неполнота использования разрядного напряжения на ускорение ионов
- 3. 4. 3. Расходимость струи двигателя
- 3. 5. Выводы по главе
- ГЛАВА 4. Расчетное и экспериментальное исследование распределений параметров плазмы в ближней зоне струи СПД
- 4. 1. Расчетное исследование влияния разрядного напряжения на распределения параметров плазмы в струе СПД
- 4. 2. Экспериментальное исследование квазирадиальных ионных потоков
- 4. 3. Расчетное исследование влияния катода и закрутки ионов на распределения параметров плазмы в струе СПД
- 4. 4. Выводы по главе
Список литературы
- Морозов A.M. Исследование стационарного электромагнитного ускорения плазмы // Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук, Москва, Институт атомной энергии имени И. В. Курчатова, 1965.
- Козубскш КН., Мурашко В. М., Рылов Ю. П. и др. СПД работают в космосе // Физика плазмы, 2003, Т.29, № 3, С.277−292.
- Kim V., Kozubsky K.N., Murashko V.M., Semenkin A. V. History of the Hall Thrusters Development in USSR // Paper IEPC-2007−142 presented at the 30th International Electric Propulsion Conference, Florence, Italy, September 17−20, 2007.
- Arhipov B.A., Vinogradov V.N., Kozubsky K.N. et al. Development and Application of Electric Thrusters at EDB «Fakel» // Paper IEPC-1997−004iLpresented at the 25 International Electric Propulsion Conference, Cleveland, Ohio, USA, August 24−28, 1997.
- Arkhipov В., Kim V., Koryakin A. et al. Small SPT Development and Tests // Proceedings of the 3rd International Conference on Spacecraft Propulsion, Cannes, France, 2000, pp.399−401.
- Manzella D., Jacobson R., Hofer R. Laboratory Model 50 kW Hall Thruster // Paper AIAA-2002−3676 presented at the 38th Joint Propulsion Conference, Indianapolis, Indiana, USA, July 7−10, 2002.
- Горшков О.А., Муравлев В. А., Шагайда А. А. Холловские и ионные плазменные двигатели для космических аппаратов // Москва, «Машиностроение», 2008, 280с.
- TacSat-2 // Материалы электронной энциклопедии космонавтики (Encyclopedia Astronautica), http://www.astronautix.com/craft/tacsat2.htm.
- Myers R.M. Overview of Major U.S. Industrial Electric Propulsion Programs // Paper AIAA-2004−3331 presented at the 40, h Joint Propulsion Conference, Fort Lauderdale, Florida, USA, July 11−14, 2004.
- McLean C.H., McVey J.B., Lazarovici C.E. et al. Innovative Low Power Hall Effect Thruster // Paper AIAA-2000−3247 presented at the 36th Joint Propulsion Conference, Huntsville, Alabama, USA, July 16−19, 2000.
- Kim V., Kozlov V., Lazurenko A. et al. Development and Characterization of Small SPT // Paper AIAA-1998−3335 presented at the 34th Joint Propulsion Conference, Cleveland, Ohio, USA, July 13−15, 1998.
- Belikov M.B., Gorshkov O.A., Jakupov A.B., Khartov S.A. Experimental Research of SPT Low-Power Perspective Model // Paper AIAA-1998−3786 presented at the 34th Joint Propulsion Conference, Cleveland, Ohio, USA, July 13−15, 1998.
- Biagioni L., Cesari U., Saverdi M. et al. Development Status of the HT-100 Miniaturized Hall Effect Thruster System // Paper AIAA-2005−3682 presented at the 41st Joint Propulsion Conference, Tucson, Arizona, USA, July 10−13,2005.
- Loyan A. V., Maksymenko T.A. Performance Investigation of SPT-20M Low Power Hall Effect Thruster // Paper IEPC-2007−100 presented at the 30lh International Electric Propulsion Conference, Florence, Italy, September 1720, 2007.
- Fujioka Т., Kitano Т., Tahara H. et al. Optimization on Magnetic Field and Acceleration Channel for Low Power Hall Thrusters // Paper IEPC-2003−015 presented at the 28th International Electric Propulsion Conference, Toulouse, France, March 17−21, 2003.
- Choe W., Lee J., Seo M. et al. Development of a 10 mN Class Hall Thruster for STSAT-3 // Paper IAC-09-C4.4.1 presented at the 60th International Astronautical Congress, Daejeon, Republic of Korea, 12−16 October, 2009.
- Albarede L., Bouchoule A., Lazurenko A. et al. Characterization ofPPS-1350 Type Thrusters Under Increased Discharge Voltages and Comparison with Hybrid Codes Simulation Results // Paper IEPC-2005−136 presented at theL
- International Electric Propulsion Conference, Princeton, New Jersey, USA, October 31 November 4, 2005.
- Kim V. et al. Modern Trends of Electric Propulsion Activity in Russia // Paper IEPC-1999−004 presented at the 26th International Electric Propulsion Conference, Kita-Kyushu, Japan, October 17−21, 1999.
- Bouchoule A., Kim V., Kozlov V. et al. Investigation of the SPT Operation Particularities Under High Discharge Voltages // Paper IEPC-2003−211 presented at the 28th International Electric Propulsion Conference, Toulouse, France, March 17−21, 2003.
- Kim- V., Kozlov V., Skrylnikov A. et al. Investigation of the Local Plasma Parameter Distributions in the SPT Accelerating Channel Under Increased
- Discharge Voltages // Paper IEPC-2005−004 presented at the 29th International Electric Propulsion Conference, Princeton, New Jersey, USA, October 31 November 4, 2005.
- Kim V., Kozlov V., Shylnikov A. et al. Investigation of the SPT Operation Under High Discharge Voltages // Paper IEPC-2005−004 presented at the 29 International Electric Propulsion Conference, Princeton, New Jersey, USA, October 31 November 4, 2005.
- Bouchoule A., Kim V., Kozlov V., Lazurenko A., Skrylnikov A., Vial V. DualMode Operation of Stationary Plasma Thrusters // Journal of Propulsion and Power, January-February 2006, Vol.22, No. l, pp.3 8−47.
- Kim V., Kozlov V., Popov G., Skrylnikov A., Sidorenko E., Umnitsin L. High Voltage SPT Studies // Paper SP2008−127 presented at the 5th International Spacecraft Conference, Heraclion, Crete, Greece, May 5−9, 2008.
- Kim V., Kozlov V., Popov G., Skrylnikov A. Plasma Parameter Distribution in SPT-70 Plume // Paper IEPC-2003−107 presented at the 28th International Electric Propulsion Conference, Toulouse, France, March 17−21, 2003
- Manzella D.H. Stationary Plasma Thruster Ion Velocity Distribution // Paper AIAA-1994−3141 presented at the 30th Joint Propulsion Conference, Indianapolis, Indiana, USA, June 27−29, 1994.
- Gallimore A.D., King L.B., Marrese C.M. Transport-Property Measurements in the Plume of an SPT-100 Hall Thruster // AIAA Journal of Propulsion and Power, May-Junel998, Vol.14, No.3, pp.327−335.
- Gallimore A.D., King L.B. Ion Energy Diagnostics in the Plasma Exhaust Plume of a Hall Thruster // AIAA Journal of Propulsion and Power, September-October 2000, Vol.16, No.5, pp.916−922.
- Gallimore A.D., King L.B. Mass Spectral Measurements in the Plume of an SPT-100 Hall Thruster // AIAA Journal of Propulsion and Power, November-December 2000, Vol.16, No.6, pp. 1086−1092.
- Gallimore A.D., Gilchrist B.E., Ohler S. Microwave Plume Measurements of a Closed Drift Hall Thruster // AIAA Journal of Propulsion and Power, November-December 1998, Vol.14, No.6, pp. 1016−1021.
- Boyd I. Hall Thruster far Field Plume Modeling and Comparison to Express Flight Data // Paper AIAA-2002−0487 presented at the 40th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, Reno, Nevada, USA, January 14−17, 2002.
- Arkhipov В., Day M., Gnizdor R., Kim V. et al. SPT-100 Module Lifetime Test Results // Paper AIAA-1994−2854 presented at the 30th Joint Propulsion Conference, Indianapolis, Indiana, USA, June 27−29, 1994.
- Day M., Kim V., Kozlov V., Popov G. et al. Investigation of the Nonoperating Cathode Erosion Reasons // Paper AIAA-1996−2710 presented at the 32nd Joint Propulsion Conference, Lake Buena Vista, Florida, USA, July 1−3, 1996.
- Борисов Б.С., Корсун А.Г. II Тезисы докладов 5-ой Всесоюзной конференции по плазменным ускорителям и ионным инжекторам, Москва, «Наука», 1982.
- Gabdullin F.F., Korsun A.G., Tverdokhlebova E.M. Mathematical Model of Hypersonic Plasma Flows Expanding in Vacuum II Computer Physics Communications, 2004, Vol.164, No. 1−3, pp.434−441.
- Жевандров П.Н., Морозов A.M., Якунин С. А. Динамика плазмы, образующейся при ионизации разреженного газа // Физика плазмы, 1984, Т.10, Вып.2, С.353−360.
- Khartov S., Metois P., Nadiradze A., Perrin V. Simulation Tools for the Plasma Propulsion and Satellite Environment // Paper presented at the 52nd International Astronautical Congress, Toulouse, France, October 1−5, 2001.
- Bird G.A. Molecular Gas Dynamics and the Direct Simulation of Gas Flows // Oxford University Press, Oxford, 1994.
- Haas J.M., Hastings D.E., Gallimore A.D., Marrese C.E., Oh D.Y. Modeling of Stationary Plasma Thruster-100 Thruster Plumes and Implication for Satellite Design // AIAA Journal of Propulsion and Power, March-April 1999, Vol.15, No.2, pp.345−357.
- Boyd I., Carrigues L., Koo J., Keidar M. Progress in Development of a Combined Device/Plume Model for Hall Thrusters // Paper AIAA-2000−3520 presented at the 36 Joint Propulsion Conference, Huntsville, Alabama, USA, July 16−19, 2000.
- Cai C., Boyd I., Sunz Q. Three-Dimensional Particle Simulation of Plume Flows From Hall Thrusters // Paper IEPC-2005−048 presented at the 29th International Electric Propulsion Conference, Princeton, New Jersey, USA, October 31 November 4, 2005.
- Бишаев A.M., Калашников В. К., Ким В. Численное исследование струи разреженной плазмы стационарного ускорителя с замкнутым дрейфом электронов (УЗДП) // Физика плазмы, 1992, Т. 18, Вып.6, С. 698.
- Бишаев A.M., Калашников В.К, Ким В., Шавыкина А. В. Численное моделирование плазменной струи стационарного плазменного двигателя, распространяющейся в среде низкого давления // Физика плазмы, 1998, Т.24, № 11, С.989−995.
- Архипов А.С., Бишаев A.M. Численное моделирование в трехмерной постановке струи плазмы, выходящей в окружающее пространство из стационарного плазменного двигателя // Журнал вычислительной математики и математической физики, 2007, Т.47, № 3, С.491−506-
- А. Бишаев A.M. Применение методов кинетической теории для решения задач разреженных газов и плазмы // Диссертация на соискание ученойстепени доктора физико-математических наук, Москва, ФГНУ «НИИ ПМЭ», 2005.
- Волков Б.И., Морозов А. И., Свешников А. Г., Якунин С. А. Численное моделирование ионов в системе с замкнутым дрейфом // Физика плазмы, 1981, Т.7, Вып.2, С.245−253.
- Лившиц Е.М., Питаевский Л. П. Физическая кинетика // Москва, «Наука», 1979.
- Vahrenkamp R.P. Measurement of Double Charged Ions in the Beam of a 30-cm Mercury Bombardment Thruster // Paper AIAA-1973−1057 presented at the AIAA 10th Electric Propulsion Conference, Lake Tahoe, Nevada, USA, October 31 November 2, 1973.
- Gallimore A., King L. Propellant Ionization and Mass Spectral
- Bareilles J. Modelisation 2D Hybride d’un Propulseur a Effet Hall pour Satellites // Ph.D. Thesis, Universite Paul Sabatier, Toulouse, 2003, 139p.
- Леонард С., Хаддлстоун Р. Диагностика плазмы // Москва, «Мир», 1967.
- Архипов А.С., Бишаев А. М., Ким В. Влияние различных факторов на распределение параметров в струе стационарного плазменного двигателя // Математическое моделирование, 2010, Т.22, № 2, С. 124 138-