Модель динамики электронов в разрядной камере высокочастотного ионного двигателя

Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов


Авторы

Белоусов А. П.1*, Мельников А. В.2*, Хартов С. А.**

1. Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), Волоколамское шоссе, 4, Москва, A-80, ГСП-3, 125993, Россия
2. Научно-исследовательский институт прикладной механики и электродинамики МАИ, Москва, Россия

*e-mail: k208@mai.ru
**e-mail: skhartov@ya.ru

Аннотация

В работе определены характерные особенности индукционного разряда в газоразрядной камере высокочастотного ионного двигателя. Рассмотрены явления, влияющие на распределения концентрации и температуры электронов по радиусу разрядной камеры, а также представлены зависимости, позволяющие произвести их упрощённые предварительные расчёты. Произведено сравнение полученных расчётным путём результатов с экспериментальными данными, которое показало возможность использования предложенных зависимостей для предварительной оценки локальных параметров плазмы в газоразрядной камере высокочастотного ионного двигателя.

Ключевые слова

высокочастотный ионный двигатель, индукционный разряд, распределение электронов

Библиографический список

  1. Hans J. Leiter, Horst W. Loeb, Karl-Heinz Schartner The RIT15 Ion Engines — A survey of the present state of Radio-Frequency Ion Thruster technology and its future potentiality // Spacecraft Propulsion, Third International Conference held 10-13 October, 2000 at Cannes, France. Edited by R.A. Harris. European Space Agency ESASP-465, 2001. — P.423

  2. Godyak V.A., Piejak R.B., Alexandrovich B.M. // Plasma Sources Science Technology, 2002, vol. 11, pp. 525-543.

  3. Godyak V.A., Alexandrovich B.M., Kolobov V.I. Lorentz force effects on the electron energy distribution in inductively coupled plasmas // Physical Review E 64, 026404 — Published 18 July 2001. URL: https://journals.aps.org/pre/abstract/10.1103/PhysRevE.64.026406

  4. Valery Godyak Hot plasma effects in gas discharge plasma // Physics of Plasmas 12. 055501 — 2005. URL: http://dx.doi.org/10.1063/1.1887171

  5. Кудрявцев А.А., Смирнов А.С., Цендин Л.Д. Физика тлеющего разряда. -СПб.: Лань, 2010. — 512 с.

  6. Reed T.B. Induction-Coupled plasma torch. // Journal of Applied Physics, 1961, vol.32, no. 5, pp. 821-824.

  7. Александров А.Ф., Вавилин К.В., Кралькина Е.А., Неклюдова П.А., Павлов В.Б. Исследование параметров плазмы индуктивного ВЧ-источника плазмы диаметром 46 см. Параметры плазмы в области скин-слоя // Прикладная физика. 2013. № 5. С. 34-37.

  8. Александров А.Ф., Вавилин К.В., Кралькина Е.А., Неклюдова П.А., В.Б. Павлов Исследование параметров плазмы индуктивного ВЧ-источника плазмы диаметром 46 см. Математическое моделирование параметров плазмы индуктивного и гибридного ВЧ-разрядов // Прикладная физика. 2014. № 1. C. 9-11.

  9. Groh K.H. and Loeb H.W. State-of-the-Art of Radio-Frequency Ion Thrusters // Journal of Propulsion and Power, 1991, vol. 7, no. 4, pp. 573-579.

  10. Chabert C.P., Braithwaite N.St.J. Physics of Radio-Frequency Plasmas. Cambridge University Press, England, 2011. — 385 p.

  11. Reed T.B. Induction-Coupled plasma torch // Journal of Applied Physics; vol.32, no. 5, may 1961, pp. 821-824.

  12. Габович М.Д. Физика и техника плазменных источников ионов. — М.: Атомиздат, 1972. — 304 с.

  13. Александров А.Ф., Вавилин К.В., Кралькина Е.А., Неклюдова П.А., Павлов В.Б., Тараканов В.П. Математическое моделирование индуктивного ВЧ-разряда низкого давления с помощью программы KARAT // Прикладная физика. 2013. № 5. С. 38-41.

  14. Форестер А.Т. Интенсивные ионные пучки. — М.: Мир, 1991. — 358 с.

  15. Кожевников В.В., Хартов С.А. Распределения локальных параметров плазмы в газоразрядной камере высокочастотного двигателя // XLI Академические чтения по космонавтике. Тезисы докладов. Москва, 24–27 января 2017. С. 76.

  16. Канев С.В., Латышев Л.А., Нигматзянов В.В., Хартов С.А. Моделирование рабочего процесса в газоразрядной камере высокоточного ионного двигателя // Труды МАИ. 2012. № 52. URL: https://www.mai.ru/science/trudy/published.php?ID=29483

  17. Канев С.В. Разработка физико-математической модели и программного обеспечения по расчету ионизационной камеры электроракетного двигателя, использующего атмосферные газы в качестве рабочего тела. // 15-я Международная конференция «Авиация и космонавтика — 2016». Тезисы докладов. Москва, 14–18 ноября 2016. С. 279-281.

  18. Алдонин Ф.И., Ахметжанов Р. В. Расчет основных рабочих характеристик ионного двигателя мощностью 20 — 30 Вт. // Труды МАИ. 2015. № 81. URL: https://www.mai.ru/science/trudy/published.php?ID=57827

  19. Лёб Х.В., Попов Г.А., Обухов В.А., Фейли Д., Коллингвуд Ш. Могулкин А.И. Крупногабаритные высокочастотные ионные двигатели // Труды МАИ. 2012. № 60. URL: https://www.mai.ru/science/trudy/published.php?ID=35371


Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2024

 Вход