Конструкція та розрахунок на міцність плазмово-іонної двигунної установки та системи енергопостачання, страница 5

Часть ионов течет к ускоряющим электродам, пересекает плазменный слой около экранирующего электрода и, ускоряясь напряжением в несколько киловольт, подведенных к сеткам ИОС, покидает электроды ионно-оптической системы. При выходе из ИОС ионы соединяются с электронами, которые выбрасывает катод-компенсатор, полученные атомы создают тягу.

Схема расчета плазменно-ионного движителя включает в себя определение параметров ПИД, необходимых для выполнения ЭРДУ конкретной задачи, поставленной программой космического аппарата. При расчете ПИД необходимо определить геометрические размеры электродов, параметры работы ионно-оптической системы и газоразрядной камеры, рассчитать магнитные поля в движителе.

Схема плазменно-ионного движителя приведена на рисунке 2.1

2.2  Выбор рабочего тела для ПИД

На первичном этапе разработки ПИД в качестве рабочих тел использовали металлы. Их выбор был связан в основном с самими ускорителями, а не определялся всей проблемой КЛА в целом. Металлы предпочтительны из-за своего большого атомного веса, высокой плотности рабочего тела, а в случае цезия – из-за низкого потенциала ионизации. Однако, при использование металлических рабочих тел возникает проблема конденсации рабочих тел на КА, а в случае применения больших космических ЭРДУ существенным является и цена рабочего тела. В связи с этим появляется интерес к газоразрядным рабочим телам. При выборе рабочего тела необходимо принимать во внимание весь комплекс требований, предъявляемых к рабочему веществу. Ни одно рабочее тело не обладает такими свойствами, которые одновременно удовлетворяли бы всем предъявляемым к нему требованиям. Поэтому при выборе рабочего тела следует ввести классификацию требований по их значимости для проектируемого движителя, которые определяются конструктором.

В расчёте данного движителя предпочтение отдаётся газообразным рабочим веществам, что связано с простотой СХПРТ, работающем на газообразном рабочем теле, и его малой массой, а также высокой надёжностью ЭРДУ в целом. При выборе рабочего тела необходимо учитывать его удельные и энергетические характеристики. Желательно использовать такие вещества, у которых низкий потенциал ионизации в сочетание с большой молекулярной массой. Низкий потенциал ионизации определяет минимальные затраты энергии подводимой на катод для ионизации рабочего вещества. Масса иона рабочего тела определяет тяговые характеристики движителя, а также объём рабочего вещества, который необходимо запасти для функционирования движителя в течение заданного промежутка времени.

Из всех газообразных веществ, используемых в качестве рабочего тела для ЭРД, в данном проекте выбирается инертный газ ксенон, который имеет малый потенциал ионизации при высокой молекулярной массе иона.

2.3 Выбор и обоснование выбора материалов в ПИДе

Большое значение для нормальной работы ПИД имеет правильный выбор материала на основе сравнительного анализа наиболее важных характеристик и свойств. Критерии выбора материала могут быть следующими:

·  температура плавления

·  теплопроводность

·  работа выхода поверхности

·  коэффициент распыления

·  эмиссионные свойства поверхности

·  механическая прочность

·  доступность

·  возможность механической обработки

·  стоимость

·  степень опасности при работе с материалом

Материал сеток в ИОС должен обладать следующими свойствами:

– Высокой температурой плавления; электроды должны выдерживать свой вес и сохранять свою форму при повышенных температурах.

– Хорошей теплопроводностью, уменьшающий перепад температур по радиусу сетки, а следовательно и температурные напряжения, возникающие при этом.

– Максимальной работой выхода в присутствии паров конкретного рабочего тела, что уменьшает вероятность высоковольтного пробоя с последующим разрушением сеток.

– Хорошей технологичностью, что позволяет получить необходимую форму с минимальными затратами.

Наиболее подходящим материалом для Ускоряющего электрода будет молибден, для экранирующего электрода, работающего при меньших температурах – алюминий.