Ионно-оптическая система. Правильный расчёт, проектирование и изготовление электродов ИОС

Вопрос 46

Ионно-оптическая система является одним из основных узлов, определяющих работу ПИД. Правильный расчёт, проектирование и изготовление электродов ИОС увеличивает тяговый КПД движителя и его ресурс. Наиболее часто в ПИД применяются двухэлектродные системы, реже трёхэлектродные.

Для расчёта ионно-оптической системы ПИД необходимо определить ускоряющую разность потенциалов между ускоряющим и экранным электродом, которая будет обеспечивать необходимый удельный импульс.

Из экспериментальных данных известно, что допускаемая напряжённость электрического поля между электродами составляет величину порядка  В/см. Конструкция электродов ионно-оптической системы должна обеспечивать неизменность зазора в процессе работы. Таким образом, зная напряжение между электродами ИОС (ускоряющее напряжение) и выбрав допустимую величину  определяется зазор между электродами.

Толщину экранного электрода ионно-оптической системы выбираем с учётом различных, порой противоречивых, факторов. Во-первых, экранный электрод должен обладать достаточной толщиной для сохранения в течение всего времени работы постоянной формы, а, следовательно, и постоянного зазора. Во-вторых, увеличение толщины экранного электрода приводит к уменьшению плотности тока, которую может дать данный движитель. Диапазон толщин экранных электродов ИОС в настоящее время колеблется от 0,2 до 1,8мм. Для рассчитываемого движителя толщина экранного электрода выбирается =1.4 м.

На выбор толщины ускоряющего электрода основное влияние оказывает ресурс работы ПИД. Эрозия ускоряющего электрода вследствие его распыления при бомбардировке ионами высокой энергии может привести к нарушению его целостности. Эрозия может быть обусловлена двумя причинами: во-первых, бомбардировкой ускоренным пучком ионов, во-вторых, возникновением в пучке ионов объёмного заряда. Диапазон толщин ускоряющих электродов ИОС в настоящее время колеблется от 1 до 2мм.      

Полная площадь сечения ПИД, зависит от эффективной площади движителя и от прозрачности электродов [2]. Чем больше прозрачность электродов, тем более совершенна ИОС [2]. Однако максимальная величина прозрачности электродов  ограничена двумя факторами: во-первых, ресурсом, во-вторых, технологическими возможностями получения отверстий в сетках ИОС. Более существенным является второй фактор, следствием большей прозрачности является малая толщина перемычки между отверстиями. Если отверстия получать методом травления или электроэрозионной обработкой, то максимально возможная прозрачность круглых отверстий равняется 0.7, а шестиугольных – 0.8. С целью улучшения характеристик ИОС ПИД, а также с целью уменьшения полной площади сечения движителя, и как следствие его полного диаметра, наиболее приемлемыми являются  шестиугольные отверстия в электродах получаемых в результате травления