Подходы к моделированию процесса осаждения продуктов эрозии на стенки газоразрядной камеры ионного двигателя

DOI: 10.34759/trd-2022-124-08

Авторы

Черкасова М. В.

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4

e-mail: maria-post@mail.ru

Аннотация

В данной работе рассматривается задача о растяжении плоской жесткопластической полосы с непрерывным полем скоростей перемещений в условиях плоской деформации с учётом сжимаемости материала, из которого изготовлен образец. Сжимаемость материала приводит к изменению плотности в процессе нагружения, в соответствии с которым в систему уравнений, определяющих поле скоростей перемещений добавляется логарифм от материальной производной плотности по времени. Данная система преобразуется к системе волновых уравнений. Для решения полученной системы рассматривается задача Коши с начальными условиями применительно к каждому из уравнений системы в отдельности, используются метод усреднения и метод спуска. В результате получается решение системы, состоящее из двух уравнений, содержащих двойные интегралы по поверхности круга. Также приводится вид решения системы, полученный в результате взятия двойных интегралов.

Ключевые слова:

высокочастотный ионный двигатель, ускоряющий электрод, эрозия, индикатриса распыления, пороговая энергия, осаждение примеси, загрязнение газоразрядной камеры

Библиографический список

1. Sengupta A., Anderson J.A., Garner C., Brophy J.R., de Groh K.K., Banks B.A., and Thomas T.A.K. Deep space 1 flight spare ion thruster 30,000-hour life test // Journal of Propulsion and Power, 2009, vol. 25 (1), pp. 105-117. DOI: 10.2514/1.36549
2. Wirz R.E., Anderson J.R., Goebel D.M., and Katz I. Decel grid effects on ion thruster grid erosion // IEEE Transactions on Plasma Science, 2008, vol. 36 (5), pp. 2122-2129. DOI: 10.1109/TPS.2008.2001041
3. Sangregorio M., Xie K., Wang N., Guo N., and Zhang Z. Ion engine grids: Function, main parameters, issues, configurations, geometries, materials and fabrication methods // Chinese Journal of Aeronautics, 2018, vol. 31 (8), pp. 1635–1649. DOI: 10.1016/j.cja.2018.06.005
4. Tartz M., Hartmann E., Neumann N. Evolution of extraction grid erosion with operation time // 40th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit, 2004, pp. 1 — 6. DOI:10.2514/6.2004-3787
5. Satori S., Shimizu Y., Toki K., Kuninaka H., Kuriki H. Experimental investigation of carbon contamination inside discharge chamber of ion thruster // Transactions of the Japan Society for Aeronautical Space Sciences, 2000, vol. 41 (134), pp. 216–218. DOI:10.2322/JJSASS1969.46.648
6. Абгарян В.К., Ахметжанов Р.В., Лёб Х.В., Обухов В.А., Черкасова М.В. Численное моделирование высокопервеансной ионно-оптической системы с плазменным эмиттером // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2013. № 11. С. 82–90. DOI: 10.7868/S0207352813110036
7. Абгарян В.К., Ахметжанов Р.В., Лёб Х.В., Обухов В.А., Черкасова М.В. Численное моделирование первичного пучка ионов и потока вторичных ионов в ионно-оптической системе ионного двигателя // Труды МАИ. 2013. № 71. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=46702
8. Allas R.G., Knudson A.R., Lambert J.M., Threado P.A., Reynolds G.W. Self-ion sputtering yields for copper, nickel, and aluminum // Nuclear Instruments and Methods, 1982, vol. 194, pp. 615. DOI:10.1016/0029-554X(82)90592-4
9. Zhang L., Zhang L.Z. Anisotropic energy distribution of sputtered atoms induced by low energy heavy ion distribution // Radiation Effects and Defects in Solids, 2005, vol. 160 (8), pp. 337-347. DOI:10.1080/10420150500396803
10. Yalin P., Rubin B., Domingue S.R., Glueckert Z., Williams J.D. Differential Sputter Yields Of Boron Nitride, Quartz, and Kapton Due to Low Energy Xe+ Bombardment, AIAA 2007-5314 // 43th AIAA Joint Propulsion Conference and Exhibit, Cincinnati, OH, 8-11 July 2007. DOI:10.2514/6.2007-5314
11. 11. Yamamura Y., Tawara H. Energy dependence of ion-induced sputtering yields from monatomic solids at normal incidence // Atomic Data and Nuclear Data Tables, 1996, vol. 63, no. 2, pp 149-253. DOI:1006/ADND.1996.0005
12. Бериш Р. Распыление твердых тел ионной бомбардировкой. — М.: Мир, 1984. T. I. — 336 с.
13. Lieberman M.A., Lichtenberg A.J. Principles of Plasma Discharges and Materials Processing, John Wiley & Sons, 2005, 737 p.
14. Хофер В. Распределения распыленных частиц по углам, энергиям и массам. В кн. Распыление под действием бомбардировки частицами. ‒ М.: Мир, 1998. ‒518 с.
15. Готт Ю.В. Взаимодействие медленных частиц с веществом и диагностика плазмы. — М.: Атомиздат, 1973. ‒ 129 с.
16. Хастед Дж. Физика атомных столкновений. ‒ М.: Мир, 1965. ‒710 с.
17. Matsunami N., Yamamura Y., Itikava Y. et al. Energy dependence of ion-induced sputtering yields of monoatomic solids // Atomic Data and Nuclear Data Tables, 1984, vol. 31, no. 1. DOI:10.1016/0092-640X(84)90016-0
18. Алдонин Ф.И., Ахметжанов Р.В. Расчет основных рабочих характеристик ионного двигателя мощностью 20 — 30 Вт // Труды МАИ. 2015. № 81 URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=57827
19. Electron optic simulation, IGUN© 1997-2011, US, Jacksonville, Florida, URL: http://www.egun-igun.com/
20. Шагойда А.А. IOS—3D. Моделирование потоков заряженных частиц в ионно—оптических системах ионных двигателей // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2014610277, 21.01.2014.

Скачать статью