АННОТАЦИЯ к научно-техническому отчету 2012 по НИР «Разработка конструкции двухступенчатого двигателя с

АННОТАЦИЯ
к научно-техническому отчету
о выполнении 3 этапа Соглашения №14.В37.21.1825 от 04 октября
2012 по НИР «Разработка конструкции двухступенчатого двигателя с
анодным слоем с возможностью компенсации азимутального поворота
ионов»
Руководитель: Духопельников Д. В.
Цель проекта:
- разработка новых конструкций перспективных электроракетных
двигателей с повышенными значениями тяги, удельного импульса и
энергетической эффективности для задач коррекции орбиты околоземных
спутников и межорбитальных транспортных операций;
- разработка конструкции двухступенчатого двигателя с анодным
слоем с возможностью компенсации азимутального поворота ионов;
- исследование формы пучка двигателя, исследование сходимости
ионного потока, исследование влияния компенсации пучка на тяговый
коэффициент полезного действия.
Назначение и область применения результатов проекта
Современные холловские двигатели применяются при создании
космических аппаратов для следующих задач:
-
коррекция
орбиты
спутников
(низкие
и
средние
орбиты,
геостационарная орбиты Земли, орбиты других тел Солнечной системы);
- межорбитальные транспортные операции (изменение высоты орбиты,
вывод на заданную орбиту);
- межпланетные операции (например, буксир Земля-Луна).
Смежной областью использования является использование холловских
двигателей в качестве источников ионов для технологических целей:
- наноразмерная обработка оптических поверхностей;
- очистка поверхностей для последующего нанесения покрытий;
- активация поверхностей полимерных материалов для последующего
нанесения покрытий и адгезивов.
Основные результаты работы по первому этапу:
Впервые была разработана конструкция двухступенчатого двигателя с
анодным слоем с дополнительной магнитной системой для компенсации
азимутального поворота ионов (3д-модель показана на рисунке 1).
Существующие модели двухступенчатых двигателей не обладали такой
возможностью. Это нововведение позволит:
- уменьшить угловой разброс ионов, вызванный различием их
кинетических энергий и масс;
- снизить угловое расхождение пучка;
- уменьшить потери тягового КПД, связанные с азимутальной
закруткой ионов;
- использовать рабочие вещества с низкими атомными массами и
газовые смеси.
Таблица 1.
Технические характеристики образцов
№
1
Наименование
Средний диаметр канала
двигателя
Ед. изм.
Значение
мм
100
Полый, радиационно
2
Тип анода
-
охлаждаемый,
двухступенчатый с
промежуточным электродом
3
4
Магнитное поле в
ускорительном зазоре
Магнитное поле в
компенсационном зазоре
Тл
До 0,15
Тл
До 0,15
В
До 500
В
До 3000
Номинальное напряжение
5
источника питания первой
ступени
6
Номинальное напряжение
источника питания второй
ступени
Конструкция двухступенчатого двигателя с анодным слоем достаточно
сложна, поэтому за всю историю исследования холловских двигателей,
насчитывающую
более
40 лет,
было
разработано
не
более
десяти
экспериментальных моделей. Несмотря на это, среди разработчиков
электроракетных двигателей общепризнано, что такая схема двигателя
является одной из наиболее перспективных. Первые попытки создания
двухступенчатого двигателя были предприняты в СССР и России на опытной
базе РКК «Энергия» и ЦНИИМаша.
Рис. 1 Трехмерная модель двухступенчатого двигателя
Работы, проводимые в первом полугодии 2013-го года:
1.
Изготовление комплектующих для сборки экспериментальной
модели двухступенчатого двигателя. По чертежам, разработанным на первом
этапе, детали изготавливаются в Учебно-производственном центре МГТУ
им. Н.Э. Баумана (детали показаны на рисунке 2).
2.
Подготовка
экспериментального
стенда
характеристик разработанной модели двигателя (рис. 3, 4).
для
отработки
3.
Монтаж схемы подвода рабочего вещества (ксенон, аргон,
криптон – см. рис. 5) .
4.
Монтаж экспериментальной оснастки (показана на рисунке 3).
5.
Монтаж диагностического оборудования.
6.
Сборка
и
подключение
источников
питания
магнитной системы.
Рис. 2 Детали экспериментальной модели двигателя
Рис. 3 Экспериментальный стенд
ступеней
и
Рис. 4 Вакуумный ввод
Рис. 5 Баллоны с рабочими газами
Работы, планируемые во втором полугодии 2013-го года:
1.
Запуск экспериментальной модели двигателя на стенде.
2.
Диагностика работы двигателя. Поиск оптимальных режимов
работы.
3.
Исследование формы пучка двигателя, исследование сходимости
ионного потока, исследование влияния компенсации пучка на тяговый
коэффициент полезного действия.
Закрепление молодых исследователей – участников проекта (этапа
проекта) в области науки, образования и высоких технологий:
Курилович Дмитрий Александрович, 1989 г.р., диплом кафедры
«Плазменные энергетические установки» (2012 г.). Принят в аспирантуру с
20.10.2012 г. на кафедру Плазменные энергетические установки» по
специальности
05.07.05
«Тепловые,
электроракетные
двигатели
и
энергоустановки космических аппаратов». Принят на работу в НОЦ «Ионноплазменные технологии» младшим научным сотрудником на 0,3 ставки с
01.11.2012.
Дейнеко Максим Андреевич, студент кафедры Э8 «Плазменные
энергоустановки», принят на работу в НОЦ «Ионно-плазменные технологии»
МГТУ им. Н.Э. Баумана инженером лаборатории «Технологии плазменных
покрытий и источники плазмы» на 0,2 ставки с 15.02.2013 приказ №02.1303/1186 от 14.02.2013.
Логачев Артур Константинович, студент кафедры Э8 «Плазменные
энергоустановки», принят на работу в НОЦ «Ионно-плазменные технологии»
МГТУ им. Н.Э. Баумана инженером лаборатории «Технологии плазменных
покрытий и источники плазмы» на 0,2 ставки с 15.02.2013 приказ №02.1303/1186 от 14.02.2013.
Овчинников Данил Станиславович, студент кафедры Э8 «Плазменные
энергоустановки», принят на работу в НОЦ «Ионно-плазменные технологии»
МГТУ им. Н.Э. Баумана инженером лаборатории «Технологии плазменных
покрытий и источники плазмы» на 0,2 ставки с 15.02.2013 приказ №02.1303/1186 от 14.02.2013.
Подготовка диссертаций:
Ивахненко
Сергей
Геннадьевич,
«Исследование
эффекта
азимутального отклонения ионов в двигателях с замкнутым дрейфом».
Получено
положительное
заключение
кафедры
Э8
«Плазменные
энергоустановки» (прокол заседания №10 от 29.03.2013). Ведется подготовка
материалов для сдачи в диссертационный совет Д 212.141.08 к защите по
специальности
05.07.05
«Тепловые,
электроракетные
двигатели
и
энергоустановки летательных аппаратов».
Публикации:
Е.В. Воробьев, Д.В. Духопельников, С.Г. Ивахненко, М.К. Марахтанов,
Экспериментальное подтверждение эффекта азимутального отклонения
ионов в двигателях с анодным слоем /«Наука и образование», эл. изд., № 11,
2012. (http://technomag.edu.ru/doc/483882.html)