Исследование температурного деформирования электродов ионно-оптической системы на основе континуальной термомеханической расчетной модели

Авторы

Федоров B. A.^1*, Обухов В. А.^2*, Могулкин А. И.^3*

1. Научно-исследовательский институт прикладной механики и электродинамики МАИ, Москва, Россия
2. Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), Волоколамское шоссе, 4, Москва, A-80, ГСП-3, 125993, Россия
3. Лаборатория «Исследования и разработка космических высокоимпульсных высокочастотных плазмодинамических электроракетных ионных двигателей»,

*e-mail: riame@sokol.ru

Аннотация

Наиболее нагруженным в конструкции ионных двигателей (ИД) является узел ионно-оптической системы (ИОС). Электроды ИОС выполнены в виде тонкостенных сферических перфорированных оболочек. Основная нагрузка на них вызвана неравномерным нагревом по радиусу, вызывающим появление внутренних напряжений и упругих деформаций.
При разработке конструкции ИОС необходимо учитывать выбор материалов и форму электродов, а также характер их закрепления. Эти факторы влияют на величину деформации электродов, которая не должна превышать жестких пределов заданных конструкцией ИОС. В современных ИД в узле ионно-оптической системы используются новые прогрессивные конструкционные металлические материалы, такие как: сплавы титана с ниобием, отожженный молибден высокой чистоты. Наметилась тенденция использования электродов из углерод — углеродных композитных материалов (УУКМ). Также используются в узле ИОС одновременно электроды, выполненные из разных материалов. Из описанного выше вытекает необходимость создания термомеханической модели узла ИОС, которая позволит конструктору произвести предварительную оценку, расчет напряжений и упругих деформация электродов, изготовленных из различных конструкционных материалов. Рассматриваемая в статье модель основана на теории тонкостенных оболочек.

Ключевые слова

ионный двигатель, ионно-оптическая система, перфорация, прогиб, конструктивная ортотропия, температурная нагрузка, температурная деформация, термомеханическая модель

Библиографический список

1. Mogulkin A., Fedorov V., Obukhov V. Investigation of Temperature Deformation of the IES Electrodes Based on the Continuum Thermo-Mechanical Calculation Model // 5th RGCEP, 2014.
2. Федоров В.А., Обухов В.А., Могулкин А.И. Термомеханическая расчетная модель узла ионно-оптической системы // Авиация и космонавтика, 2013, с.407-409.
3. Гуров А.Ф., Федоров В.А. Исследование устойчивости и изгиба электродов ионно-оптических систем // Труды третьей межвузовской конференции по исследованию и проектированию ЭРДУ средней мощности. – Харьков, ХАИ, 1975.
4. Биргер И.А. Круглые пластинки и оболочки вращения. – М.: Оборонгиз, 1961. – 368
5. Григолюк Э.И., Фильштинский Л.А. Перфорированные пластины и оболочки. – М.: Наука, 1970. – 556 с.
6. Федоров В.А. Исследование температурного выпучивания и изгиба густо перфорированных пластин круговой формы с учетом геометрической нелинейности // Сопротивление материалов и теория сооружений. – Киев, Будiвельник, 1980, Вып. 36, С. 24-27.
7. Биргер И.А. Некоторые математические методы решения инженерных задач. – М.: Оборонгиз, 1956. – 150 с.
8. Федоров В.А. Термоустойчивость упруго защемленных кольцевых пластин переменной жесткости // Известия ВУЗов. Авиационная техника. – 1976, № 4. – C. 127-132.

Скачать статью