Электропитание нагревательных элементов двигательной установки стабилизированным переменным током Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Библиографические ссылки

1. Чванов В. К. Математическое моделирование рабочего процесса жидкостных ракетных двигателей : учебник. М. : МАИ, 1999. 228 с.

2. Ахмедзянов Д. А., Ахметов Ю. М., Козловская А. Б. Расчетное исследование динамической характеристики одновального турбореактивного двигателя // Вестник УГАТУ. Уфа : УГАТУ, 2011. Т. 15, № 1 (41). С. 15-25.

References

1. Chvanov V. K. Matematicheskoe modelirovaniye rabochego protsessa zhidkostnykh raketnykh dvigateley (Mathematical modeling workflow liquid rocket engines). Moscow, MAI, 1999. 228 p.

2. Akhmedzyanov D. A., Akhmetov Y. M., Kozlovs-kaya A. B. Raschetnoye issledovaniye dinamicheskoy kharakteristiki odnoval'nogo turboreaktivnogo dvigatelya // Vestnik UGATU. Ufa : UGATU. 2011. T. 15, № 1 (41), p. 15-25.

© ^ameHKO A. H., ^hkob A., 2014

УДК 629.7.036.74

ЭЛЕКТРОПИТАНИЕ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ДВИГАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ СТАБИЛИЗИРОВАННЫМ ПЕРЕМЕННЫМ ТОКОМ

А. А. Мошняков, М. В. Михайлов

ОАО «Научно-производственный центр «Полюс» Российская Федерация, 634050, г. Томск, пр. Кирова, 56в. E-mail: [email protected]

Рассмотрен способ электропитания нагревательных элементов двигательной установки космического аппарата переменным стабилизированным током, позволяющий улучшить массогабаритные и энергетические показатели системы преобразования и управления, а также снизить уровень помех. Показаны пути решения проблемы измерения переменного тока при изменении напряжения питания и сопротивления нагрузки в широких пределах.

Ключевые слова: электрореактивный двигатель, система преобразования и управления, нагревательный элемент.

ELECTRIC POWER SUPPLY OF HEATER ELEMENTS OF ELECTRIC PROPULSION THRUSTER BY REGULATED ALTERNATING CURRENT

A. A. Moshnyakov, M. V. Mikhaylov

Joint-stock company "Research and production center "Polyus" 56v, Kirov pr., Tomsk, 634050, Russian Federation. E-mail: [email protected]

Electric power supply of heater elements of electric propulsion thruster by regulated alternating current improving dimensions, mass and electric power values ofpower processing unit are studied. The problem and ways of solution of measuring alternating current in conditions of supply voltage and load resistance which varying within wide limits are proposed.

Keywords: Hall-effect thruster, power processing init, heater element.

Широкое распространение электрореактивных плазменных двигателей, используемых для коррекции орбиты космического аппарата, обусловлено стремлением уменьшить массу двигательной установки за счет снижения расхода рабочего тела. Неотъемлемой частью любой двигательной установки на основе электрореактивного плазменного двигателя является система преобразования и управления (СПУ), представляющая собой набор преобразователей электрической энергии. В состав СПУ входит минимум пять источников питания: разрядного промежутка анод-катод, нагревателя катода, электрода поджига, термодросселя и клапанов. Нагреватель катода и термодроссель представляют собой металлические элементы, нагреваемые током.

В настоящее время их нагрев осуществляется постоянным током, что увеличивает потери, массу и уровень помех источника питания накала катода и источника питания термодросселя, а также снижает надежность СПУ в целом. Устранить указанные недостатки можно с помощью электропитания нагревательных элементов двигательной установки переменным током1.

Основная проблема при работе с переменным током - изменение его формы в зависимости от сопро-

1 Михайлов М. В. Стабилизатор тока накала катода на переменном токе электрореактивного плазменного двигателя // Электронные и электромеханические системы и устройства : тезисы докл. науч.-техн. конф. молодых специалистов / ОАО «НПЦ «Полюс». Томск, 2008. С. 13-14.

Ракетно-космические двигатели, энергетические установки и системы терморегулирования летательныхаппаратов

тивления нагрузки, напряжения питания и длины кабелей (рис. 1). Отсюда, как следствие, сложность поддержания действующего значения тока в заданных пределах.

На рис. 1 видно, что при неизменном действующем значении тока его форма и амплитуда существенно отличаются, а следовательно, погрешность измерения будет высокой.

Есть несколько вариантов решения этой проблемы с помощью:

- датчика действующего значения тока;

- выходного Ь-фильтра;

- входного регулятора постоянного тока и нерегулируемого входного инвертора.

Датчик действующего значения тока представляет собой сложное электронное устройство, преобразующее переменный входной сигнал в постоянное вы-

ходное напряжение, эквивалентное действующему значению тока, которое подается на вход системы управления. Его недостатки - сложная схемотехническая реализация и невысокая точность, однако способ, основанный на использовании этого устройства, является наиболее перспективным вследствие быстрого развития электронной и измерительной техники.

Выходной Ь-фильтр представляет собой дроссель, индуктивность которого много больше индуктивности кабелей. Это позволяет исключить высокочастотные пульсации тока, вызванные коммутацией силовых транзисторов инвертора, и компенсировать длину кабелей. Однако амплитуда и скважность импульсов будут изменяться в зависимости от сопротивления нагрузки и напряжения питания, что затруднит определение действующего значения.

'нк.д

/__________\... ../__________1__________(__________1 ......./__________.... __________/._________

1__________1.. /__________\________1__________1... .../__________.1. .../__________\

.д.. 1__________\______/__________\ . . 1__________\ __________1__________

............1....... ............1..................V... ...... .......... V ......................

3,600 м

3, 618 м

3,636 м

I с

б

Рис. 1. Ток накала катода /нк при следующих параметрах: а - Ян = 0,2 Ом, Ьк = 5 мкГн, ивх = 120 В; б - Я = 0,7 Ом, Ьк = 50 мкГн, ивх = 80 В

V' А

Рис. 2. Ток накала катода 1нк с учетом Ь-фильтра при следующих параметрах: а - Я = 0,2 Ом, Ьк = 5 мкГн, ивх = 120 В; б - Я = 0,7 Ом, Ьк = 50 мкГн, ивх = 80 В

Входной регулятор постоянного тока в сочетании с нерегулируемым инвертором обеспечивает неизменную прямоугольную форму тока независимо от входного напряжения и сопротивления нагрузки. Подключив к выходу инвертора Ь-фильтр, можно исключить влияние кабелей, при этом форма тока станет экспоненциальной. Таким образом, при воздействии всех дестабилизирующих факторов форма и амплитуда тока меняются незначительно (рис. 2).

Поскольку регулятор расположен на входной (высоковольтной) стороне, то энергетические и массога-баритные характеристики полученного устройства заметно лучше, чем у использующихся источников

питания с выходным низковольтным выпрямителем, а погрешность измерения переменного тока неизменной формы можно существенно снизить за счет компенсации статической ошибки.

Электропитание нагревательных элементов электрореактивного плазменного двигателя переменным током - это перспективное направление развития СПУ, позволяющее улучшить массогабаритные и энергетические показатели как самой СПУ, так и двигательной установки в целом.

© Мошняков А. А., Михайлов М. В., 2014

УДК 621.454.2;629.76;629.78

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ЛИТЫХ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ ТУРБОНАСОСНОГО АГРЕГАТА ЖРД

М. В. Резанова1, Г. Г. Крушенко1,2

1 Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: [email protected] 2Институт вычислительного моделирования СО РАН Российская Федерация, 660036, г. Красноярск, Академгородок, 50/44 E-mail: [email protected]

Представлены результаты применения технологий, которые обеспечивают повышение качества литых корпусных деталей турбонасосного агрегата жидкостного ракетного двигателя.

Ключевые слова: жидкостный ракетный двигатель, турбонасосный агрегат, качество корпусных деталей.

IMPROVING THE QUALITY OF THE CAST BODY PARTS OF TURBOPUMP ASSEMBLY OF LIQUID-PROPELLANT ROCKET ENGINE

M. V. Resanova, G. G. Krushenko

1 Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russian Federation. E-mail: [email protected]

2Institute of Computational Modeling SB RAS 50/44, Akademgorodok, Krasnoyarsk, 660036, Russian Federation. E-mail: [email protected]

The results of applying technologies that provide improved quality to cast body parts within turbo-pump assembly of liquid-propellant rocket engine are presented.

Keywords: liquid-propellant rocket engine, turbo-pump assembly, quality of body parts.

В жидкостных ракетных двигателях (ЖРД) [1] подача компонентов топлива - окислителя и горючего -в камеру сгорания осуществляется насосами, которые приводятся во вращение газовой турбиной. В совокупности насосы с газовой турбиной образуют единый энергетический узел - турбонасосный агрегат (ТНА), являющийся одним из основных агрегатов ракетного двигателя [2].

По отношению к условиям эксплуатации комплектующие ТНА детали условно можно разделить на две группы - подвижные (вращающиеся), к которым относятся вал с установленными на нем рабочими коле-

сами (ротор), и неподвижные - литые корпуса (см. рисунок), внутри которых располагается ротор [3].

Для литья корпусов ТНА применяли алюминиево-кремниевые сплавы доэвтектического состава с легированием их упрочняющими добавками, вследствие того, что эти сплавы характеризуются высокими технологическими и физико-механическими характеристиками, гарантирующими надежность их работы в сложно-нагруженных условиях [3; 4].

Однако при этом одной из основных проблем, связанных с производством отливок из алюминиево-кремниевых сплавов, является пористость [5]. Обра-