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

УДК 629.7.064.5

Инв. № _______

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ

Національний аерокосмічний університет

ім. М.Є. Жуковського

«Харківський авіаційний інститут»

Кафедра двигунів та енергоустановок ЛА

Конструкція та розрахунок на міцність плазмово-іонної двигунної установки та системи енергопостачання.

РОЗРАХУНКОВО - ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

до проекту за курсом «Конструкція та розрахунок на міцність плазмово-іонної двигунної установки та системи енергопостачання»

ХАИ.440.06ДУ.11.ПЗ.00.00

Студент гр.440                                                /Степенко В.В./

Консультант:                                           /Ковалевский В. В./

Нормоконтроль:                                                   /Шепетов Ю. О./

2006
Реферат

Пояснительная записка 56 стр., 9 рис., 5 ссылок.

Разработана конструкция плазменно–ионной двигательной установки, предназначенной для ориентации и система энергоснабжения спутника исследования поверхности Земли. Был проведен расчет на прочность ускоряющего электрода ионно-оптической системы и расчет на прочность крыла батареи фотоэлектрической в момент раскрытия. Проведен расчет на надежность и предложен вариант резервирования элементов системы хранения и подачи рабочего тела.

Разработаны сборочные чертежи плазменно–ионного движителя, крыла батареи фотоэлектрической, чертеж общего вида плазменно-ионной двигательной установки и чертеж общего вида космического аппарата,  рабочий чертеж корпуса катода.

ПЛАЗМЕННО-ИОННЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ, УСКОРЯЮЩЕЕ НАПРЯЖЕНИЕ, ИОННО-ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА, КАТОД, АНОД, ГАЗОРАЗРЯДНАЯ КАМЕРА, МАГНИТНОЕ ПОЛЕ, СИСТЕМА ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ, БАТАРЕЯ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ, ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, БАТАРЕЯ ХИМИЧЕСКАЯ, ДВИГАТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА.

СОДЕРЖАНИЕ

Перечень сокращений, условных обозначений, символов, единиц и          терминов. 4

ВВЕДЕНИЕ. 6

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ. 8

1. СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ КА.. 9

1. 1 Размеры и масса фотоэлектрической батареи. 10

1.1.1  Расчет площади фотоэлектрической батареи. 11

1.1.2 Расчет размеров панели фотоэлектрической батареи. 12

1.1.3 Расчет массы солнечной батареи. 12

1.1.4 Расчет массы сотового заполнителя. 14

1.1.5 Определение массы петели. 17

1.2 Расчет на прочность панели при колебании панели, с частотами, возникающими при раскрытии. 17

2 РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПЛАЗМЕННО-ИОННОГО ДВИЖИТЕЛЯ. 21

2.1 Принцип работы ПИД и схема его расчета. 21

2.2  Выбор рабочего тела для ПИД.. 22

2.3 Выбор и обоснование выбора материалов в ПИДе. 24

2.4. Разработка и описание сборочного чертежа ПИДа. 25

2.5 Расчет на прочность элементов двигателя. 26

2.5.1 Расчет температурных напряжений в электродах ИОС. 26

де  - предел длительной прочности материала кольца, МПа. 35

3. ДВИГАТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА.. 36

3.1. Разработка и описание чертежа общего вида двигательной  установки. 36

3.2 Расчет некоторых элементов двигательной установки. 38

3.2.1 Расчет на прочность стенок бака. 38

3.3.2 Расчет ресивера. 41

4 РЕЗЕРВИРОВАНИЕ ЗАМЕЩЕНИЕМ СХПРТ С УСЛОВИЕМ ОГРАНИЧЕНИЯ МАССЫ.. 44

5 РАСЧЕТ ФИЗИЧЕСКОЙ НАДЕЖНОСТИ УСКОРЯЮЩЕГО ЭЛЕКТРОДА    ИОС.. 50

Выводы.. 53

Список литературы.. 54

Перечень сокращений, условных обозначений, символов, единиц и терминов

БФ – батарея фотоэлектрическая;

СЭС – система энергоснабжения;

ИСЗ – искусcтвенный спутник Земли;

РИМ – регулятор избыточной мощности;

БПК – блок поэлементного контроля;

САЧ – счетчик ампер-часов;

ДУ – двигательная установка;

РМГ – регулятор мощности генератора;

ЗУ – зарядное устройство;

РУ – разрядное устройство;

КА – космический аппарат;

ЭРДУ – электрореактивная двигательная установка;

ЭРД – электроракетный двигатель;

БХ – аккумуляторная батарея;

ПИД – плазменно-ионный движитель;

ГРК – газоразрядная камера;

ИОС – ионно-оптическая система;

СХПРТ – система хранения и подачи рабочего тела;

ЭК – электроклапан;

R – средний радиус Земли, м;

P_ЭРД – тяга ЭРД, Н;

N_бфуд – удельная мощность БФ, Вт/м²;

U_сэс – напряжение питания системы электрообеспечения, В;

L – длина крыла БФ, м;

к – число крыльев БФ;

h – ширина крыла БФ, м;

S_эф – эффективная площадь, м²;

n_отв – количество отверстий в сетке ПИД;

α – расстояние между электродами, м;

 – объём бака, м³;

 – объём ресивера, м³;

τ – время функционирования двигательной установки, с;

η_т – тяговый КПД;

N_т – тяговая мощность, Вт;

e – заряд электрона, Кл;

S_k – площадь поверхности крыла БФ, м²;

υ_р – разрядное напряжение, В.

ВВЕДЕНИЕ

Решение многих задач космонавтики в ближайшем будущем связано с широким использованием космических электрореактивных двигательных установок (ЭРДУ), исполнительными органами которых являются электрические ракетные двигатели (ЭРД).