рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Расчет параметров ионно-оптической системы

Работа сделанна в 2006 году

Расчет параметров ионно-оптической системы - Реферат, раздел Физика, - 2006 год - Проектирование плазменно-ионного двигателя Расчет Параметров Ионно-Оптической Системы. Скорость Истечения Рабочего Тела ...

Расчет параметров ионно-оптической системы. Скорость истечения рабочего тела для ионного движителя равна (для однократно заряженных ионов): (4.1) где е – заряд электрона (1,6∙10-19 Кл); mi – масса иона ( для ксенона ); Uуск – напряжение между электродами ионно-оптической системы, В. Но так как ν известно из формулы (1.5), то из формулы (4.1) определя-ем необходимое ускоряющее напряжение: (4.2) Выражение для тяги ионного движителя с однократно заряженными ионами запишем так: (4.3) где PЭРД – тяга ПИД, Н; Ii – ток ионного пучка, А. Из выражения (4.3) можем определить ток ионного пучка Ii, необходи-мый при заданном напряжении U для получения тяги R: (4.4) Ионно-оптическая система является одним из основных узлов, опреде-ляющих работу плазменно-ионного движителя.

Точные расчеты, проектиро-вание и изготовление ее электродов увеличивает тяговый КПД движителя и его ресурс.

При расчете и проектировании ионно-оптических систем необходимо учитывать закономерности интенсивных ионных течений в стационарных электрических полях в условиях вакуума.

Мерой интенсивности течений яв-ляется его первеанс Р, определяемый как отношение тока пучка Ii к уско-ряющему напряжению U в степени три вторых: (4.5) Плотность тока для случая одномерного течения однозарядных ионов между плоскими параллельными электродами записывается следующим об-разом: (4.6) где j – плотность тока в ПИД, А/м2; εо – электрическая постоянная, равная 8,85∙10-12 Ф∙м-1; d – расстояние между электродами ИОС, м; δэкр – толщина экранного электрода, м; δуск – толщина ускоряющего электрода, м; е – заряд электрона, Кл; mi – масса иона, кг. Принимаем δэкр=1∙10-3 м, δуск=1.5∙10-3 м [1]. Выбор расстояния между электродами d зависит от нескольких факто-ров: во-первых, так как к электродам ИОС приложены различные потенциа-лы, то действует электростатическая сила схлопывания; во-вторых, неравно-мерные тепловые потоки вызывают температурные напряжения в сетках, ко-торые приводят к их деформации (в результате этого локальное изменение зазора может быть очень большим); в-третьих, так как между электродами ИОС приложено высокое напряжение, то уменьшение зазора может привести к нарушению диэлектрической прочности и, как следствие, к высоковольт-ному пробою, что нарушает работу движителя и может вывести его из строя.

Примем допускаемую напряженность электрического поля равной Еmax=106 В/м. Таким образом, зная напряжение между электродами ИОС и выбрав до-пустимую величину Еmax, можем определить зазор между электродами: (4.7) Вычисляем плотность ионного тока в пучке: (4.8) Таким образом, подсчитав плотность тока в ПИД, определим эффек-тивную площадь сечения: (4.9) Полная площадь сечения ПИД: (4.10) где α – прозрачность электродов, показывающая, какую часть от пол-ной поверхности электрода составляет суммарная площадь всех отверстий. Из формулы (1.16) видно, что чем больше α, тем более совершенна ионно-оптическая система.

Однако максимальная величина α ограничена двумя факторами: во-первых, ресурсом, во-вторых, технологическими воз-можностями.

Более существенным является второй фактор.

Следствием большой прозрачности является малая толщина перемычки между отвер-стиями. В случае получения отверстия методом сверления максимальная прозрачность будет равна α=0,7. Следовательно, выбрав величину α, можно определить Sполн: По Sполн находим диаметр ПИД: (4.11) Важной характеристикой фокусируемых пучков является их геометри-ческий параметр, равный отношению диаметра цилиндрического пучка 2∙ro к расстоянию d между электродами ускорителя, в котором сфокусирован пу-чок: (4.12) Опыт создания фокусирующих систем показывает, что фокусировка интенсивных пучков с геометрическим параметром, большим 1-3, представ-ляет собой трудноразрешимую задачу.

При R0>3…5 градиенты потенциала в направлении, перпендикулярном оси пучка, становятся столь значительны-ми, что формирование параллельного пучка с помощью внешних фокуси-рующих электродов становится практически невозможным.

Исходя из выше-сказанного, задаемся значением R0=2. Считаем, что диаметр отверстий в электродах ускоряющей системы ПИД равен диаметру цилиндрического пу-чка, тогда получим: Зная диаметр, а, следовательно, и площадь одного отверстия, находим их общее число: (4.13) Наиболее оптимальной является сферическая конструкция ИОС. Её преимуществом (по сравнению с плоской) является однонаправленное изме-нение формы электродов под действием тепловых нагрузок, в результате че-го межэлектродный зазор меняется в процессе работы на незначительную ве-личину.

Кроме того, сферические электроды обладают повышенной жёстко-стью, что увеличивает их резонансную частоту. Большое значение для нормальной работы ИОС имеет правильный вы-бор материала на основе сравнительного анализа наиболее важных характе-ристик и свойств.

Материал сеток должен обладать следующими свойствами: высокой температурой плавления, хорошей теплопроводностью, максималь-ной работой выхода, хорошей технологичностью. Для изготовления электро-дов выбираем молибден, т.к. это один из наиболее подходящих материалов, отвечающий перечисленным требованиям. При конструировании электродов ИОС необходимо выполнять сле-дующие требования: 1. Конструкция должна обеспечивать минимальное изменение ве-личины межэлектродного зазора. В процессе работы ПИД число высоко-вольтных пробоев должно быть сведено к минимуму. 2. Масса конструкции должна быть минимальной. 3. Резонансная частота сетки должна быть больше 200Гц. Последнее требование вызвано наличием вибрационных нагрузок, ко-торые испытывает КА при старте с Земли, при выходе на орбиту.

Уровень частот вибраций лежит в пределах 130-180 Гц. 4.4

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Проектирование плазменно-ионного двигателя

В процессе разработки исполь-зовались рекомендованные методики. Произведен расчет параметров и геометрических размеров плазменно-ионного… В соответ-ствии с расчетами разработаны чертежи двигательного блока.

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Расчет параметров ионно-оптической системы

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Расчет тяги ЭРД и определение его электрической мощности
Расчет тяги ЭРД и определение его электрической мощности. Определим скорость КА на заданной орбите по формуле: (км/с); где k – гравитационный параметр Земли; R - средний радиус Земли 6371 км; h - в

Разработка и описание теоретического чертежа размещения ЭРД на спутнике
Разработка и описание теоретического чертежа размещения ЭРД на спутнике. На чертеже (ХАИ.06.441п.11.ТЧ.02.) приведен спроектированный кос-мический аппарат (1). Фотоэлектрическая батарея (2) ориенти

Разработка функциональной схемы двигательного блока. Описание схемы
Разработка функциональной схемы двигательного блока. Описание схемы. Функциональная схема (ХАИ.06.441.11.СГ.03.) дает подробное пред-ставление о работе двигательной установки и представляет собой с

Принцип работы ПИД и схема его расчета
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 пр

Выбор рабочего тела для ПИД
Выбор рабочего тела для ПИД. На первичном этапе разработки ПИД в качестве рабочих тел использо-вали металлы. Их выбор был связан в основном с самими ускорителями, а не определялся всей пробл

Расчет параметров газоразрядной камеры ПИД
Расчет параметров газоразрядной камеры ПИД. Одним из главных параметров газоразрядной камеры является напря-жение разряда. Эта величина зависит от многих факторов и, прежде все-го, от первого потен

Расчёт магнитного поля в ПИД
Расчёт магнитного поля в ПИД. Наиболее важным фактором, определяющим работу ГРК ПИД, являет-ся магнитное поле, его величина, форма силовых линий. Основная роль маг-нитного поля – увеличить время су

Разработка и описание теоретического чертежа двигателя
Разработка и описание теоретического чертежа двигателя. Плазменный ионный движитель представляет собой устройство, в ко-тором создание тяги основано на принципе ускорения заряженных частиц.

Расчёт системы хранения и подачи рабочего тела
Расчёт системы хранения и подачи рабочего тела. Разработка и описание функциональной схемы системы хране-ния и подачи рабочего вещества Функциональная схема системы электропитания ПИД представлена

Определение основных параметров бака для хранения рабочего вещества
Определение основных параметров бака для хранения рабочего вещества. Бак рабочего вещества по своему размеру и массе составляет наиболь-шую часть движительной установки. Требования к материа

Расчет проектных параметров ресивера
Расчет проектных параметров ресивера. Ресивер служит для сглаживания пульсаций давления при подаче рабо-чего тела из бака и стабилизации параметров газа в магистрали. Из бака газообразное ра

Расчет проектных параметров термодросселя
Расчет проектных параметров термодросселя. Термодроссель применяют для регулирования требуемого расхода ра-бочего вещества. В нем используют зависимость расхода газа от его темпера-туры при

Расчет проектных параметров жиклера
Расчет проектных параметров жиклера. Дальнейшее снижение давления в системе подачи происходит в жикле-ре, который представляет собой пластинчатую шайбу с отверстием. Секундный расход рабочего тела

Описание функциональной схемы системы электропитания ПИД
Описание функциональной схемы системы электропитания ПИД. На чертеже (ХАИ.06.441п.11.СГ.05) представлена система электропи-тания (СЭП), основной задачей которой является поддержание работы ЭРД и си

Разработка и описание теоретического чертежа двигательного блока
Разработка и описание теоретического чертежа двигательного блока. Двигательная установка представляет собой совокупность системы хранения и подачи рабочего тела, системы электроснабжения и непосред

Разработка циклограммы энергопотребления
Разработка циклограммы энергопотребления. На чертеже (ДУ.06.441п.09.СХ.07.) представлена циклограмма нагрузки, которая характерезует зависимость мощности, потребляемой нагрузкой от времени на протя

Перечень ссылок
Перечень ссылок. Оценочные расчеты параметров ракетно-космических систем”- методическое пособие, Безручко К.В Белан Н.В Губин С.В Исаев С.В Колесник В.П Харьков. 2. ”Плазменно-ионные двигатели”-мет

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги