Электрореактивный двигатель и движительная установка на его основе, как объекты испытаний, страница 2

Электроракетные движители составляют особый класс ракетных двигателей с разделенными источниками энергии и рабочего тела. Уже из этого ясно, что входными параметрами ЭРД являются массовый расход рабочего тела  и параметры характеризующие подвод энергии к движителю. Такими параметрами будут:

Ø рабочее напряжение U_РАБ (либо напряжения, если их несколько, как, например, в ПИДе),

Ø рабочий ток I_РАБ (либо токи, если для питания движителя задействовано несколько каналов системы электропитания),

Ø электрическая мощность N_ЭЛ (как по каждому каналу электропитания, так и суммарная).

Оговорки, указанные выше, необходимы, т. к. в некоторых видах ЭРД для организации нормального процесса его работы требуется создание магнитного поля, а иногда и вспомогательного разряда или разрядов. В той мере, в которой они используются в реализации режима работы, эти параметры также могут быть отнесены к входным параметрам ЭРД.

ЭРД представляет собой устройство для преобразования подводимой к нему электрической энергии в кинетическую энергии направленного движения частиц струи на его выходе. Эта кинетическая энергия и определяет основной параметр, который характеризует ЭРД, как движитель – это тяга ЭРД.

В общем случае, если абстрагироваться от механизма или механизмов задействованных в движителе для создания тяги, можно считать, что тяга движителя состоит из трех составляющих: газодинамической, электродинамической и электростатической. Понятно, что их соотношение в суммарной тяге, более того, даже наличие той или иной компоненты, зависит как раз от механизмов реализуемых в ЭРД. Важно то, что тяга движителя складывается из кинетической энергии нейтральных и заряженных частиц. Кроме этого существенно, как сформирована выходная струя движителя, т. е. какое у нее угловое расхождение, функция распределения параметров потока нейтральных и заряженных частиц по радиусу, их распределение по скоростям, что, в какой-то степени, характеризуется таким параметром как коэффициент монохроматичности. Все это в конечном итоге характеризует ЭРД, как преобразователь подведенной энергии в тягу.

Кроме этого важен вопрос о совпадении вектора тяги с продольной осью движителя и о зависимости его направления от режима работы движителя.

Эффективность ЭРД, как ускорителя зависит не только от того, какие механизмы преобразования задействованы в нем, но и от того, как эти механизмы реализованы в каждой конкретной конструкции движителя и как изменяется эффективность преобразования при изменении внешних и внутренних действующих факторов, т. е. под воздействием внешней среды и при изменении режима работы самого ЭРД. Существенными при этом оказываются: тепловой режим элементов конструкции движителя; конфигурация магнитного поля; равномерность распределения параметров разряда по сечению разрядной камеры либо межэлектродного промежутка и т. д. и т. п.

Поскольку ЭРД является конечным элементом электрической сети, т. е. ее нагрузкой, то существенными оказываются такие его параметры как входное сопротивление по каждому из каналов электропитания и условия возникновения в ЭРД различного рода неустойчивостей и развивающихся в следствие этого колебаний. Кроме того, что в этом случае ЭРД является источником помех, распространяющихся по цепям питания, преобразование токов помех в электромагнитные волны, а также их генерация в пределах плазменного образования создаваемого движителем может существенно осложнить или даже сделать невозможной нормальную работу других систем КА и научной аппаратуры установленной на аппарате.

Ко многим проблемам сходного плана может привести и неквазинейтральность выходной струи ЭРД (зарядка КА или отдельных его систем или частей).

Таким образом ЭРД, как объект испытаний и экспериментальной отработки, является весьма сложным и многоплановым. Кроме того, более чем полувековая история создания, исследований и использования ЭРД, не привела к созданию комплексных, многосторонних математических моделей достаточно точно и надежно описывающих ЭРД, как преобразователь энергии и процессы его взаимодействия с другими системами космического аппарата. И хотя сделано в этом направлении немало и имеются определенные успехи в направлении создания и использования математических моделей (в основном узкоспециализированных, по частным вопросам функционирования ЭРД), основным механизмом отработки и исследования движителей остается эксперимент.