Россия испытала плазменные двигатели

7:18 09/02/2018
👁 240

Россия плазменный двигатель

Новые российские плазменные двигатели СПД-140 для спутников прошли летные испытания, сообщил РИА Новости глава «ИСС имени Решетнева» Николай Тестоедов на Singapore Airshow 2018.

По его словам, данные силовые агрегаты апробировали около полутора месяцев назад. «Была получена летная квалификация и этого двигателя тоже, а не просто наземная. Летные испытания были проведены в составе европейского спутника», — сказал Тестоедов.

В последующих проектах, где требуется довыведение больших масс, чем может нести ракета, «ИСС Решетнева» планирует ставить на спутники дополнительные двигатели большей тяги, позволяющие быстрее выводить спутник в нужную позицию.

«В частности, предполагается использовать двигатели не СПД-100, а СПД-140 с тягой около 56 граммов. В семь-восемь раз больше тяга, в семь-восемь раз меньше время на довыведение», — заявил Тестоедов.

Плазменный ракетный двигатель представляет собой разновидность электрического силового агрегата, в котором рабочее тело ускоряется, находясь в состоянии плазмы.

Физической причиной, ограничивающей возможность повышения тяговой эффективности и удельного импульса тяги двигателей масштаба СПД-100 при ограничении мощности разряда уровнем (2,0-2,1)кВт на режимах работы с высоким удельным импульсом тяги является необходимость снижения расхода рабочего газа через ускорительный канал, приводящего к снижению эффективности переработки потока газа в ионы, т.е. к снижению коэффициента использования рабочего газа в названном канале. Кроме того, как показали исследования, выполненные ранее в НИИ ПМЭ МАИ, уменьшение расхода приводит к расширению СИУ в направлении анода.

Уменьшение масштаба модели должно приводить при прочих равных условиях к увеличению плотности расхода рабочего газа и концентрации плазмы в ускорительном канале, уменьшению длины свободного пробега атомов до их ионизации , где соответственно, скорость атомов, коэффициент скорости ионизации,усредненный по функции распределения электронов по скоростям и концентрация плазмы.

Поэтому оно должно приводить к повышению коэффициента использования рабочего газа в нем, и, соответственно, к увеличению тяговой эффективности и удельного импульса тяги двигателя.

Возможность увеличения удельного импульса тяги таким путем была проверена в НИИ ПМЭ МАИ путем увеличения плотности расхода и мощности разряда в лабораторной модели двигателя типа СПД-100П. Так, увеличение мощности разряда в этой модели за счет увеличения расхода рабочего газа с 2,0 до 2,5кВт при разрядном напряжении 800В позволило получить увеличение удельного импульса тяги на (500-700м/с). С учетом изложенного было решено уменьшить наружный диаметр разрядной камеры до (80-85)мм.

При разработке модели СПД-85П было решено использовать результаты оптимизации параметров конструкции модели СПД-100П. Поэтому в этой модели была выбрана ширина канала 14,5мм, апробированная в лабораторной модели СПД-100П и близкая к ширине канала в двигателях типа СПД-100 и СПД-100Д. При этом площадь поперечного сечения ускорительного канала возрастает не меньше, чем на (15-20)% по сравнению с плотностью в ускорительном канале двигателя СПД-100П. Таким образом,ожидаемый эффект должен был быть заметным. Кроме того, за основу была принята схема
двигателя с магнитным экраном, размещенным внутри ускорительного канала, также апробированная в лабораторной модели типа СПД-100П. Эта апробация показала, что, кроме отмеченных ранее изменений, при упомянутой схеме двигателя более экономно используется пространство внутри контура, ограниченного наружным диаметром разрядной камеры, и упрощается решение проблемы размещения центрального сердечника и необходимого числа витков на центральной катушке намагничивания. Это заключение было проверено путем моделирования магнитной системы с помощью программы FEMM (некоторые результаты упомянутого моделирования будут приведены позже).

Более того,соотношения размеров элементов магнитной системы, отработанные в модели СПД-100П,были перенесены в модель СПД-85П. Также, для проверки приведенных рассуждений была изготовлены и испытаны лабораторные модели СПД с наружным диаметром ускорительного канала 80мм и 82мм с магнитной системой упомянутого типа, которые в целом подтвердили ожидания, но показали, что целесообразно несколько увеличить число витков во внутренней катушке намагничивания.

С учетом всего изложенного было решено выбрать в окончательном варианте наружный диаметр ускорительного канала равным 85мм. В результате разработана конструкция модели СПД-85П. Краткое описание конструкции лабораторной модели СПД-85П приведено ниже.

Особенностями схемы, как и схемы модели СПД-100П, являются:

– размещение магнитного экрана внутри разрядной камеры и выполнение его из железокобальтового сплава 49КФ (пермендюр), чтобы исключить возможное негативное влияние перегрева экрана на магнитное поле и характеристики модели;

– выполнение выходного кольца 7 и выходного диска 6 разрядной камеры из керамики типа БГП-Д.

В остальном конструкция лабораторной модели имеет традиционные для СПД черты (4 наружных катушки намагничивания, анод с козырьками для защиты выходных отверстий для поступления рабочего газа в разрядную камеру от напыления распыленными со стенок разрядной камеры и со стенок вакуумной камеры материалами, газоэлектрическую развязку 15, разработанную в ОКБ «Факел»).

Результаты моделирования магнитного поля с помощью названной выше программы FEMM показали, что при токах в катушках намагничивания 3А должно получаться достаточно большое максимальное значение индукции магнитного поля на срединной поверхности ускорительного канала ~30мТл

Результаты испытаний: по мере увеличения наработки изменяется характер зависимости тяги и удельного импульса тяги от магнитного поля.

Если в начальный момент времени наблюдался довольно четкий экстремум тяги – максимум при токе во внутренней катушке 2,5А, то при наработке  100 часов и выполнения очистки изоляторов разрядной камеры четкого пика не наблюдается, а тяга монотонно увеличивается по мере увеличения тока в катушках. По результатам определения магнитной характеристики после наработки  100 часов были изменены номинальные значения токов в магнитных катушках: во внутренней катушке с 2,5А на 2,8А, а в наружной – с 2,8 до 3,1А.

Эти значения токов в оставались неизменными в течение всего последующего времени ресурсной наработки.

Подтверждена перспективность схемы двигателя с магнитным экраном внутри разрядной камеры, которая определяется возможностью повышения тяговых характеристик двигателя по сравнению с двигателями традиционной схемы за счет обеспечения более эффективного управления характеристиками магнитного поля в ускорительном канале и перехода к двухступенчатой схеме питания разряда.

Источник 1 и Источник 2

Добавить комментарий