Принцип работы ПИД и схема его расчета. Для проведения инженерного расчёта ПИД необходимо изучить меха-низм, определяющий его работу и конструктивные особенности.
Рисунок 4.1 иллюстрирует процессы, включающие в себя рождение и ускорение ионов.
Электроны, эмитируемые катодом, ускоряются электрическим полем (возни-кающим благодаря напряжению, приложенному к разряду) и соударяются с нейтральными частицами рабочего вещества, ионизируя его. В результате таких столкновений образуются ионы и электроны.
Ионы под действием электростатических полей движутся к ИОС, а электроны к аноду.
Для увели-чения времени жизни электронов, в ГРК движителя создают магнитные поля осевой, радиальной или пристеночной конфигурации. Степень ионизации за-висит от энергии электронов и их концентрации в рабочем объёме ГРК, а также от концентрации рабочего вещества.
Концентрация рабочего вещества зависит от тяги движителя, которую необходимо обеспечить, и является функцией массового расхода, энергия электронов зависит от тока и напряже-ния катода.
Рисунок 4.1 Схема столкновений в ГРК ПИД. На рисунке 4.1 чёрными точками обозначены первичные электроны, которые при столкновении с нейтральными атомами (обозначенные буквой n в кружочке) образуют пару электрон-ион. Под действием электростатических сил электроны движутся к аноду, а ионы к ИОС. Столкновения электронов с нейтральными частицами рабочего тела приводит к появлению вторичных электронов и перераспределению между ними энергии.
В ПИД первичные и вторичные электроны находятся совместно.
Хотя концентрация первичных электронов мала (меньше 10% суммарной концентрации электронов), при-близительно половина всех актов ионизации происходит обычно при их уча-стии. Ионизация атомов рабочего тела происходит из возбуждённого состоя-ния, реже из метастабильных состояний.
Движение ионов в ГРК определяет-ся главным образом потенциалом плазмы.
При этом магнитное поле имеет небольшое влияние на направление движения ионов, поскольку величина ларморовского радиуса ионов как минимум на порядок превышает характер-ный размер движителя. Ион-ионные столкновения слабо влияют на общее направление движе-ния ионов, т.к. ионы ускоряются в основном в направлении градиента потен-циала плазмы, а, следовательно, все ионы в заданной точке двигаются в од-ном общем направлении.
Следовательно, ион-ионные столкновения должны мало влиять на движение потока ионов.
Часть ионов, которая движится к ускоряющим электродам, пересекает плазменный слой около экранирующего электрода и, ускоряясь напряжением в несколько киловольт, покидает электроды ИОС систему ПИД, создавая тя-гу движителя. 4.2