Космические двигательные установки, страница 12

Технология гибридных ракетных двигателей развивается медленно. На 1990 г на наземных испытаниях были продемонстрированы двигатели с тягой уровня 35000 кгс [Guthrie and Wolf, 1990]. Были предложены двигатели с тягой 1400000 кгс, но возможны существенные технические препятствия перед такими большими гибридными двигателями [Jensen, 1990]. Таблица 17.8 приводит характеристики нескольких гибридных ракетных двигателей.

17.3.4  Электрический ракетный двигатель

Электрический ракетный двигатель зависит от внешнего снабжения электрической энергией для ускорения рабочего тела с целью создания полезной тяги. К примеру, в ионном двигателе заряженные частицы ускоряются под воздействием электрического поля и выходят с большой скоростью. Наоборот, в магнитоплазмодинамическом, или MPD двигателе, носитель тока плазма взаимодействует с магнитным полем, создаваемом в ускорителе Лоренца для выталкивания плазмы.

Для скорости истечения, которая может быть получена от электрического ракетного двигателя, нет принципиального предела (другого, чем скорость света). Однако требуемая энергия может увеличиваться до точки, где дальнейшее ускорение нецелесообразно. Поэтому оптимальная скорость истечения и, следовательно, оптимальный удельный импульс сильно зависят от подсистемы электроснабжения [Stuhlinger, 1964 г].

Таблица 17.8.

Представители гибридных ракетных двигателей

Вес двигательной системы будет меняться вместе с удельным импульсом (скорость истечения), уровнем тяги и суммарным импульсом. Вес топлива, безусловно, уменьшится с ростом удельного импульса. Источник энергии также зависит от I_уд . Таким образом, вес источника энергии увеличивается вместе с удельным импульсом, ведущим к минимальному весу комбинированной системы (топливо и источник энергии) для конкретных значений I_уд. Экономию стоимости можно в большинстве случаев получить незначительным эксплуатационным понижением оптимального удельного импульса, так как топливо как правило дешевле, чем источник питания.

Для электрического двигателя кпд определен как отношение выходной кинетической энергии к входной энергии. Для малых временных интервалов, где массовый расход константа, мы можем выразить кпд h как отношение энергии

                                                      (17.12)

где h - полный кпд,  - коэффициент массового расхода, u - скорость истечения, P – входная энергия. Зная, что тяга , и что удельный импульс , где g – гравитационная постоянная, мы приводим уравнение к виду

                                             (17.13)