CC BY
84
УДК 629.764
КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ Л ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДУГОВОГО ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКОГО МИКРОДВИГАТЕЛЯ ДЛЯ МАЛЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
В. Н. Блинов, И. С. Вавилов. В. В. Косицын. А. И. Лукьянчнк. В. И. Рубан.
Б. Б. Шалай. П. С. Ячменев. Ю. М. Миронов1 Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумача,
Москвы, Россия
Аннотация - на основе проведенных исследований по маневрирующим малым космическим аппаратам £МКА) с аммиачными корректирующими двигательными установками (КДУ) с электротермическими микродвигателями (ЭТЛ1Д) рассмотрено направление решения актуальной задачи дальнейшего совершенствования МКА с КДУ путем создания электродуговых ЭТМД с низким энергопотреблением (до 70 Ьт) п высоким удельным импульсом тягп (до 350 с).
Пелью исследовании является подтверждение технической возможности создания электролугового ЭТЛ1Д для }ПСА с энергопотреблением 60...70 Вт и удельным импульсом тягп 300...350 с
В ходе исследований решены задачп по определению конструктивного облика демонстрационного образца ЛЬ 2 *лектрл.туглш»го ЭТМД, исследованию его температурных характеристик. опредрляющпт величину удельного пмпульса тягн, исследованию эрозионной стойкости материала катода ЭТМД прп воздействии электрической дуги.
Разработана конструктивная схема электродугового ЭТМД с визуализацией >лектрпческой дутп, изготовлены демонстраппонные образцы ЭТМД п проведены экспериментальные исследования ЭТМД прп работе на азоте, аргоне. Прп энергопотреблении 68 Вт достигнута температу ра рабочего тела в сопле ЭТ^ГД за критическим сеченпем в 1400 К. что позволяет прогнозировать величину удельного пмшльса тягп ЭТМД прп работе на аммиаке в 300...350 с.
На основании экспериментальных исследовании эрозионной стойкости материала катода ЭТМД (вольфрам) при воздействии электрической дуги показана необходимость дальнейших исследований для обоснования технической возможности создания электродугового ЭТМД в составе КДУ МКА с требуемым ресурсом работы.
Экспериментальные исследования являются продолжением работ в области создания ЭТМД различной конструкции и представляют практический интерес при создании КДУ для манезрпрующпх ]\1КА.
Ключевые слова: корректирующая двигательная установка, маневрирующий малый космический аппарат, удельный импульс тяги, электродуговой электротермический микродвигатель.
I. ВВЕДЕНИЕ
Современный этап освоения космического пространства характеризуется широкомасштабным созданием и применением МКА массой до 400 кг для решения научных н прикладных задач, запускаемых групповым и попутным способами с использованием ракетных средств выведения.
В настоящее время актуальность создания маневрирующих спутниковых платформ с КДУ приобретает все большую значимость, поскольку современные МКА создаются для решения широкого круга задач, включая задачи орбитального маневрирования.
В процессе функционирования МКА типовыми задачами орбитального маневрирования являются: ликвидация ошибок выведения МКА ракетными средствами выведения, поддержание орбитальных параметров, межор-бнтальное маневрирование, построение орбитальных группировок МКА, увод МКА на орбиту утилизации. Су-щес/таует и ряд специфических задач прикладного и научного значения- инспектирование других MICA и орбитальных объектов, наблюдение за околоземным космическим пространством, увод космических объектов на орбиту захоронения и др. [1].
Для решения возникающих задач орбитального маневрирования МКА в их состав вводятся КДУ с электрическими мшсродБнгателямн различной конструкции, включая аммиачные ЭТМД. Создглше маневрирующих МКА связано с актуальной задачей создания новых аммиачных ЭТМД с низким энергопотреблением и высоким уровнем удельного импульса тяги, адаптированных в состав МКА [2—4].
Созданные аммиачные ЭТМД с проволочными нагревательными элементами с тягой 30 мН характеризуются ценой тяги до 2 Вт/мН и использованы в составе ряда МКА массой 30... 12С кг. Удельный импульс тяги таких ЭТМД при энергопотреблении 60 Вт не превышает 250 с (рис. 1) [5-7].
Рис. 1. ЭТМД с проволочными нагревательными элементами: 1 - нагревательный элемент; 2 - реактивное сопло; 3 - корпус
Повышение удельного импульса тяги до 300 с приводит к существенному увеличению энергопотребления (до 300 Вт и более) всей КДУ, что для МКА в диапазоне масс до 12Э кг приводит к увеличению площади солнечной батареи и соответственно массы, что является большим недостатком.
Созданные ЭТМД могут использовать в качестве рабочего тела сжатый азот, обладающий экологической безопасностью. Рабочее тело на основе азота используется в практике наземной экспериментальной отработки аммиачных ЭТМД, а также в некоторых летных КДУ. Таь, фирмой ЗБТЬ (Великобритания) для МКА «ИоБАТ 12» создан ЭТМД типа «¡^¿зЬзцеЬ) с рабочим телом окись азота.
Н ЭТМД типа «Ке*1<;1о)еЬ> о киек азота испаряется с помощкю апектронагрекателкного элемента, получающим электропитание от батарей МКА. При удельном импульсе тяге 127 с, тяге 93 мН (9.5 гс) и энергопотреблении 90 Вт ЭТМД обеспечивает суммарное приращение скорости МКА «ИоБАТ 12» в 10.4 м/с.
В МКА «ОгЬсотт» используются два газореактивных микродвигателя, работающих на сжатом азоте.
Отличительной особенностью МКА является жесткое ограничение энергопотребления бортовой аппаратуры в целом и КДУ в частности. На аппаратах такого класса, как правило, не удается разместить солнечные батареи большой мощности, так как с ростом мощности батарей неизбежно растут их масса, размеры и момент инерции [8].
Например, оценка массовых характеристик солнечных батарей из фрезерованных панелей проводится в соответствии с удельными характеристиками аналогов:
-стационарные солнечные батареи, удельная масса - 4.93 кг/м2;
-поворотные солнечные батареи, удельная масса с приводами, замками - 7.85 кг/м';
- односторонние поворотные солнечные батареи, удельная масса с приводами, замками - 7.16 кг/м".
Кроме того для чсех МКА характерно отсутствие системы ориентации солнечных батарей, что снижает эффективность фотоэлектрических преобразователей. Поэтому в качестве КДУ на MICA должны применяться установки с небольшой ценой тяги — порядка 40 Dt/г н менее, а суммарное энергопотребление КДУ должно составлять не более 100 Вт.
Проведенные исследования по ЭТМД позволили сформулировать актуальную задачу дальнейшего совершенствования маневрирующих МКА с КДУ на основе создания КДУ на аммиаке с электродуговым ЭТМД с низким энергопотреблением (до 70 Вт) и высоким удельным импульсом тяги (300...350 с).
В электродуговом ЭТМД:
- электрическая дуга малой мощности создается между установленными в камере микродвигателя электродами: анодом и кзтоцом;
- один из электродов, анод, расположен в области сопла;
- второй злшриц, катод, находится lio центру канала подачи рабочею тела,
- охлаждение катода осуществляется за счет прохода газа через «завихритель* и отвода тепла с катода струей закрученного газа.
Характеристики и общий вид некоторых известных электродуговых ЭТМД приведены в табл. 1 н рис. 2, 3
[9].
ТАБЛИЦА 1
ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРО ДУГОВЫХ ЭТМД
Название ЭТМД Фирма (страна) изготовитель Рабочее тело Характеристики
Мощность, Вт Тяга, мН Удельный импульс тяги, с кпд, % Цена тяги, мН/кВт
Mmi LPATS LeRC sNH3 25С 30 470 28 120
25С 51 360 36 205
Sagami-Ш ISAS SN1II4 ЗОС 47 430 34 155
VELARC 1RS Ar ЮС 27,5 170 22,5 275
VELARC 1RS NH3 375 27,5 520 18,5 75
24С 35 350 25 145
VELARC 1RS H-, 365 22,5 865 26 60
31С 14 820 18 45
Ceramic Insulator with solderec Metal Joints
\
Gas Sjpply & Fower Connecr.or"-^^.
Housiig 1 (nolibdenum)
IrtBulatoi 1 (boon nitride)
Cathode- Compress on adjustment Spnng
Main Insulators
Cathode
Anode
Рнс. 2. Дуговой двигатель Dagmar Bock: потребляемая мощность - (0,5-2,0) кВт, рабочее тело - водород, массовый расход - 15 мг/с
При разработке злектродуговых ЭТМД основной проблемой является обеспечение работоспособности электродов, поскольку мощное тепловыделение з зоне контакта электрода с дугой приводит к уносу материала электрода в результате эрозии.
Для ослабления местного йогтейсттия дуги организуют её вращение чтобы пятно контакта перемещалось по большей поверхности электрода. Вращение дуги достигается путём гидродинамического воздействия за счёт направленного потока рабочего тела.
204
ш
100
£^271
дивдзад
^АУ^АУ/АУ^АУ^АУ/АУ/АУ^АУиУУУ/АУ/АУ;
1У>\УУУУУ\УУУУ\УУУУУ\УУУУУ\УУУУУ
Рис. 3. ДугоБоп двигатель \:ЕЬЛЫС П. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
В основе принятой методологии создания электродугового ЭТМД для МКА заложена экспериментальная отработка новых технических решений в условиях, отвечающим требованиям экологической безопасности. Поэтому в качестве модельного рабочего тела ЭТМД выбран сжатый азот и аргон.
В этой связи практический интерес в целях создания КДУ для маневрирующих МКА составляют следующие экспериментальные исследования:
- работоспособности ЭТМД при работе на азоте (аргоне) с визуализацией электрической дуги;
- температуры нагрева рабочего тела на входе в критическое сечение соплаи конструкции ЭТМД при энергопотреблении 68 Вт;
- изменения геометрии катода в процессе функционирования ЭТМД.
Ш. ТЕОРИЯ
Взаимодействие массовых характеристик МКА. тяги, удельного импульса тяги, времени функционирования и количествавЕлюченнй ЭТМД (КДУ) представим в виде выражения:
ш^-^Т'^-П-^тВц
"л А V-
УД
•уд
*уд
"ЕоРуд1п
111
МКА
К*
УД
111
МКА
Руд
(1)
_ р
где, V - характеристическая скорость, реализуемая КДУ в составе МКА; РУд - средний удельный импульс тя-и ЭТМД при иктходе н.ч режим Руд — средний уделкнкти импульс тяги ЭТМД после выхода на реким
П1МКА~ стартовая масса МКА; Рэтмд - тяга ЭТМД; Тв - время выхода ЭТМД на режим; Тр - время работы ЭТМД на режиме; М - количество включений ЭТМД (КДУ).
В соответствии с (1) получена зависимость массы топлива тти количества включений ^Ю"1 КДУ от запасов характеристической скорости V для МКА массой 160 кг с ЭТМД с проволочным нагревателем и электродуговым ЭТМД (рис. 4).
Полученные результаты свидетельствуют о том. что даже наличие у электродугового ЭТМД удельного импульса тяги в 300 с после выхода на режим позволяет сократить требуемые запасы топлива КДУ на (34...37)%. При этом при Р^мд-30 мК требуемые ресурсные характеристики (как количестве включении КДУ длительно стью 1200 с) для обоих ЭТМД практически не изменяются.
Работа электродуговогс ЭТМД сопряжена с эрозией электродов, химическими превращениями и другими процессами разрушения электродов. Скорость данных процессов непосредственно сказывается на продолжительности работы ЭТМД.
В этой связи основными задачами экспериментальных исследований являются: - подтверждение работоспособности ЭТМД путем визуализации электрической дуги;
- определение температуры нагрева конструкции ЭТМД и рабочего тела на входе в критическое сечение содла приэнергопотреблении 60 Вт;
- исследования изменения геометрии катода.
20 4 0 60 80 100 120 140 160 1 80 200
Рис. 4. Зависимость массы топлива т,н количества включений NxlО"1 КДУ от запасов характеристической скорости V для МКА массой 160 кг:
1- ЭТМД с проволочным нагревателем: Р^ / Pj, =158/200; Тв=420 с; Тг=780 с; Рэщд=30 мН;
2 - электродуговой ЭТМД: Р^ / Р^ =200/300; Тв=80 с; Тр=1120 с; РЭшд=30 мН; 3 -NxlO"1: для ЭТМД с проволочным нагревателем и электродугсвого
Трудности измерения температуры на входе в критическое сечение сопла ЭТМД привели к схеме измерения температуры в реактивном сопле в районе критического сечения при помощи игольчатой термопары. При этом необходимо иметь в виду. что. перемещаясь по соплу, газ расширяется, его температура и давление падают, а скорость возрастает. Поэтому измеренная температура рабочего гелабудет ниже температуры на входе в критическое сечение сопла.
В этой связи по замеренной температуре газа в критическом сечении сопла определялась прогнозная темпе-рагурана входе в критическое сечение сопла по формуле (при относительной температуре в рассматриваемом критическэм сечении Хс=1):
k +1
(2)
где Тк - температура газа в камере ЭТМД; Т^ - замеренная температура газа в критическом сечении сопла ЭТМД; к - показатель ударной адиабаты газа.
Особенность применения аммиака заключается в том. что в камере ЭТМД при повышении температуры:
- значительно изменяются теплофизические характеристики газа: теплоемкость и ударная адиабата;
- выше 450 °С в камере двигателя происходит частичная диссоциация аммиака;
при температуре выше 1040 °С весь аммиак практически мгновенно, за десятки микросекунд, разлагается в смесь азота и водорода.
Значение показателя ударной адиабаты аммиака при низкой температуре составляет к=1,32. при повышении температуры до 230...300 иС становиться ниже: А=1,2, а при температуре выше 1000 °С из-за полного разложения аммиака на азот и водород увеличивается и достигает £=1,34.
При нормальных услозиях молярная масса аммиака составляет Мг=17 г/моль, приповышении температуры за счет разложения аммиака средняя молярная масса снижается и при полном разложении аммиака становится разной Мг=8.5 г/моль.
С учетом этого и с использованием выраженных через газодинамические функции зависимостей параметров газового потока в ЭТМД от температуры, характерных размеров сопла проведен расчет удельного импульса тяги электродутового ЭТМД с рабочим телом - аммиаком, азотом и аргоном (рис. 5).
br-laB5T-ul.it я-лмп ас * тк 1 1 1 к- - е му. э» т. к кг ДШТ-Я1Д1 |Г*4М>9
/ У
У / /
у У /
Ь».«« ■«■к ✓ и.™
М )00 1М 1« но
а б в
Рис. Расчетные значения удельного импульса тяги ЭТМД при использовании аммиака (а), азота (6) и аргона (в) в зависимости от температуры на входе в критическое сечение сопла
Расчеты проведены для ЭТМД, аналогичного экспериментальному: коническое сопло с углом полураствора 20°, диаметр критического сечения сопла 1 мм, диаметр среза сопла - 4 мм.
Из приведенных данных следует, что достижение удельного импульса тяги Руд=(300...350) с при работе на аммиаке возможно при температуре на входе в критическое сечение сопла (1450... 1850) К. При этой же температуре электроду! овой ЭТМД на азоге будет иметь удельный импульс тхти Руд< 195 с.
Экспериментальное исследование износостойкости катода электродугового ЭТМД после функционирования заключались в оценке изменения геометрии катода - данный параметр определялся с помощью конфокальной микроскопии с построением объёмных изображений.
Для проведения предварительных экспериментальных исследований был создан демонстрационный образец № 1 электродугового ЭТМД, обеспечивающий визуализацию горения дуги и её перемещение по кромке отверстия анода (рис. б). В качестве материала катода выбран вольфрам, анода - медь.
Рис. б. Конструкция демонстрационного образца № 1 электродугового ЭТМД: 1 - кагод с завихрителем газа; 2 - анод в корпусе; 3 - трубка визуализации дуги; 4 - конструктивные корпусные элементы
Для дальнейших экспериментальных исследований был создан демонстрационный образец № 2 электродугового ЭТМД, также обеспечивающий визуализацию горения дуги и её перемещение по хромке отверстия анода (рис. 7). В качестве материала катода и анода выбран вольфрам.
Демострационный образец № 1 электродугового ЭТМД представляет собой упрощенный вариант электродугового микродвигателя, в котором канал подачи газа выполнен из прозрачной кварцевой трубки для визуального наблюдения за дуговым разрядом.
Демострационный образец № 2 электродугового ЭТМД представляет собой упрощенный вариант электродугового микродвигателя, в котором канал подачи газа выполнен из прозрачной кварцевой трубки и во внешнем корпусе выполнены смотровые окна для визуального наблюдения за дуговым разрядом.
Охлаждение катода и анода в ЭТМД осуществляется следующим образом.
Мгновенный столб дуги горит между острием катода и анодным пятном. За счет закручивания завихрителем струи газа мгновенный столб дуги совершает кольцевое перемещение по внутренней кромке соплозого отверстия анода.
л л
-Г^-г-— -—— -
£/М 71 } П
I
Рнс. 7. Конструкция демонстрационного образца № 2 элекгродугового ЭТМД: 1 - сопловая вставка (анод); 2 - гайка накидная; 3 - держатель катода; 4 - завихрите ль; 5 - кожух; 6 - катод; 7 - контргайка; 8 - кожух; 9 - сопло; 10 - кварцевая трубка; 11 -токоподвод
Принципиальная схема демонстрационного образца № 2 электродугового ЭТМД приведена на рнс. 8.
6 7л
/ /
3 V 4 2 5
Рис. 8 Принципиальная схема демонстрационного образца № 2 ЭТМД: 1 - катод из вольфрама с добавлением тория; 2 - анод; 3 - завихрнтель; 4 - корпус;
5 — сопло, б - мгновенная дуга, 7 — анодное пятно
Происходит интенсивный местный нагрев анода в области текущего мгновенного положения анодного пятна. По юл. 1нза частично нахреваегся в столбе дуги, часть газа проходит вне сю лба дуги, охлаждал анод вне анодного пятна, асам газ нагревается.
За счет совместного истечения через сопло двух частей газа: раскаленных в столбе дуги и подогретых за счет охлаждения катода и анода, одновременно решается две задачи - обесценение длительного непрерывист о функционирования микродвигателя и эффективного нагрева газа на входе в сопло.
Такая схема проигрывает в достижении более высоких удельных характеристик по сравнению с прямым на! ревом все. о истекающего 1аза столбом злекчри ческой дуги, но позволяет отказаться 01 введения дополнительной системы охлаждения электродов микродвигателя.
Экспериментальным образцом для исследования износостойкости являлся катод (материал: вольфрам) с формой в виде стержня с конусом (рис. 9).
66
Риг 9 Схема электродои и образец катода ЭТМД
IV. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И ходе ис следовании решены задачи по определению конструктивного облика де.мострациоиного образца Хо 2 электродугового ЭТМД, исследованию его температурных характеристик, определяющих величину удельного импульса тяги, исследованию эрозионной стойкости материала катода ЭТМД при воздействии электрической дуги
Разраоотана конструктивная схема злектродугового ЭТМД с визуализацией электрической дуги, изготовлены демострационные образцы ЭТМД и прозедены экспериментальные исследования ЭТМД при работе на азоте, аргоне При энергопотреблении 68 Вт достигнут?, температура рабочего тела и сопле ЭТМД за критическим
сечением в 1400 К. что позволяет прогнозировать величину удельного импульса гяги ЭТМД при работе на аммиаке в300...350 с.
Результаты экспериментов представлены в зиде:
- визуализации горения дуги в демонстрационных образцах № 1.2 электродугового ЭТМД при работе на аргоне и гзоте;
- графиков изменения температуры газа в сопле ЭТМД в районе критического сечеши и конструкции ЭТМД з районе сопла при работе на азоте и аргоне:
- визуализации шменения геометрического профиля катода методом конфокальной микроскопии.
При функционировании демонстрационного образца № 1 на аргоне наблюдалось устойчизое горение дуги (рис. 1С).
Рис. 10 Вшуалкзацкя фчнкциинированнн демонстрационного образца № 1 ЭТМД на аргоне
При функционировании демонстрационною образца № 2 на ар1 оне и азохе 1акже обеспечивалось устойчивое горение дуги (рис. 11).
Рис. 11. Визуализация функционирования демонстрационного образца № 2 ЭТМД
на аргоне и азоте
Для демонстрационного образца № 2 получено изменение температуры газа в сопле ЭТМД в районе критического сечения сопла при работе на азоте (рис. 12).
1600 1400 1200 1000 800 600 400 300 О
Т. к
/
/ г 1
/ * /
1 /
20
40
60 в0 100 120 140
Рис 12. Изменение температуры газа в сопле ЭТМД в районе критического сечения при работе на азоте (мощность 68 Вт)
Для демонстрационного образца № 2 получено изменение температуры газа в сопле ЭТМД в районе критического сечения сопла и конструкции ЭТМД в районе сопла при работе на аргоне (рис. 13).
1600 1400 1200 1000 800 ООО 400 200
т. к
~ * ^
г * * 9
/ 9 / * / / / / \ \
/ / / * 1 / 1 /
г, Бес
20 40
60 80 100 120
Рис 13 Изменение температуры газа и сопле ЭТМД а ряйояе критического сечения и конструкции ЭТМД в районе сопла при работе на аргоне (мощность 68 Вт): 1 - температура конструкции ЭТМД в районе сопла; 2 - температура газа
Исследования изменения геометрического профиля катода осуществлялось методом конфокальной микроскопии. Результаты исследования показали, что на поверхности катода видна характерная площадка износа (изображена белым цветом) (рнс. 11).
• £
.•>- ■ - .о-...-•-.;■
••••••г, ■
• > .:..■:Г- ^ •
Рис 14. Форма конической части катода
Исследования показали наличие износа в концевой части катодапо характерной площадке износа, а затем относительно равномерное распределение параметров кольцевых окружностей вдоль катода.
Далее было проведено профилирование формы катода сечениями вдоль конической части Профили формы катода строились по паправлешпо площадки износа и перпендикулярно площадке наноса. После построешы профиля формы был нанесен изначальный параметр профиля, исходя из чертежа исходного катода (рис. 15).
Рис. 15. Профиль формы катода, построенный перпендикулярно и по направлению к площадке износа
V. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ С использованием результатов проведенных экспериментов по изменению температуры газа в сопле ЭТМД в районе критического сечеиия ирн работе на аргсне(мощность 65 Вт) н выражения (2) построен график изменения температуры газа б камере ЭГМД (рис. 16).
2000 1800 1600 1400 1200 11Ю0 300 600 400 200 0
Т. К
-— 2
/
/ ' г ^ 1
У /' ( / / *
/ / / /
/ 1
Ь 5СС
20
40
60
80
100
130
Рис. 16. Изменение температуры газа в сопле в районе критическом сечения (1) и в камере (2) электродуговэго ЭТМД
при работе на аргоне
С использованием результатов проведенных экспериментов по изменению температуры газа в сопле ЭТМД в районе критического сечения при рабсте на азоте(мощность 68 Зт) н выражения (2) построен график изменения температуры газа в камере ЭТМД (рис. 17).
1800 1600 1400 1200 1000 soo 600 400 200 о
Рис 17. Изменение температурь: газа в сопле в районе критическом сечення (1) к в камере [2) элекгродугозого ЭТМД при работе на азоте
Эксперименты по исследованию работоспособности и температуры рабочего тела и конструкции ЭТМД при энергопотреблении 68 Вт показали:
-при расходах рабочего тела до 1.3 л/мин наблюдалось устойчивое горение дуги, а при большем значении расход? происходило нео~а£илкное горение дуги
время выхода ЭТМД па стационарный режим составило 30.. .60 с;
— максимальная замеренная температура рабочего тела в сопле в районе критического сечения составила: для азота - 1340 К. для аргона - 1400 К;
Проведенные с использованием полученных экспериментальных данных расчеты температуры в камере ЭТМД показали: расчетная температура рабочего тела в камере на входе в критическое сечение сопла составила: для азота - 1580 К. для аргона - 1840 К.
Высота изношенной поверхности гостаяи.та по перпендикулярному направлению - Т59 мкм по направлению площадки износа - 516 мкм.
Данный разброс может быть связан с особенностями исходной фермы катода, которая может различаться от заданной геометрией образца.
Характер износа катода носит неравномерный характер, что может быть связано с особенностями конструкции системы катод-анод либо неоднородными свойствами материала системы.
VT ВШОДЬТ И "iATC.TTTOTFHIIF
1. В результате экспериментальных исследований электродугового ЭТМД на азоте н аргоне прн потребляемой мощности 63 Вт подтверждена работоспособность ЭТМД путем визуализации устойчивой электрической дуги.
2. Экспериментально зафиксирована температура рабочего тела в сопле в районе критического сечения для азота - 1340 К, для аргона - 1400 К.
3. На основе экспериментов рассчитана температура рабочего тела в камере на входе в критическое сечение сопла дня азота — 1 SRO К для аргона — 1840 К
Л. Из расчетных данных следует, тге прн работе па аммиаке возможно достижение удельного пмпульса тя ги не менее Руд=(300.. .350).
5. Полученные размеры высоты изношенной поверхности катода ¿по перпендикулярному направлению -35У мкм. по направлению площадки износа - Ыб мкм) свидетельствуют о неравномерном характере износа, который предположительно может быть эбьяснен:
— особенностями исходной фермы катода, которая может отличаться от заданной геометрии:
— особенностями конструкции системы гатод-аиол: неоднородными свойствами материала.
Экспериментальные исследования износостойкости должны быть продолжены для подтверждения ресурсных характеристик ЭТМД.
6. Полученные экспериментальные данные по нагреву азота и аргона с учетом теплоемкостей азота, аргона и аммиака свидетельствуют о технической возможности создания электродугового ЭТМД на аммиаке с потребляемой мощностью до 70 Вт и удельным импульсе тяги не менее Р =(300.. .350) с.
т,к
\
/ / ' f \ ч 1
I /
f / / / 1 /
//
/
t, 5«
0 20 40 6Э 83 100 120 140
ИСТОЧНИК ФИНАНСИРОВАНИЯ The paper represents results of works carried out in the contest of Grants Agreement No. 14.574.21.0104 as of 08.09.2014 (Unique Identifier of Applied Research RFMEFI57414XD104) concluded with the Ministry of Education and Science of the Russian Federation and related to applied researches.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. The smdies of Small Space Vehicles Ammoniac Electrothermal Engine Units Design and Structural Layout ! V. N. Blinov, [et al ] it Modem Applied Science; VoL 9. No 5, 2015. ISSN 1913-1S44. E-ISSN 1913-1852. Published be Canadian Center ofScience and Education. DOI: 1 O S539/masv9n5p337
2. Coxhill. I. The Evolution of Xenon Resistojet Propulsion Systems at SSTL Surrey Satellite / I. Coxhill. D. Gibbon. M. Drube И 5 th International Spacecraft Propulsion Conference, Crete. May 200 S.
3. Gibbon. D. The Design. Development and Testing of a Propulsion System for the SNAP-1 Nanosatellite / D. Gibbon, J. Ward,N. Ray // 14th Annual AIAA/L'SU Conference on Small Satellites, Logan. Utah. August 2000.
4. Sweetm, M.N Low-cost maneuvers for minisatellites using novel resistojet thrusters / M. N. Sweetin. T. Lawrence. J. Leduc // Proceedings Institution of Mechanical Engnieers. Vol. 213, part G, 1999. - P. 223-231.
5. Patent № 2332583 KF, IPC: F 02 К 9/68. Electro-thermal micromotor / V N. Blinov, [et aL] - No.2000131736. 6 Patent № 2442011 RF, IPC: F 02 К 9/68. Electm-thermal micromotor / V. N. Blinov, [et al.] - No. 2010127372.
7. Design features and research o£E lectio thermal Microthrusters with Autonomous Heating Elements for the Purposes of Small Space Vehicle Oibital Manoeuvring f V. N. Blinov. [et al.] ■'/ Indian Journal ofScience and Technology, Vol 8(27), IPL05SL October 2015. ISSN (Prmt): 0974-6846. ISSN (Online): 0974-5645. DOI: 10.174B5/ijst/2015/v8i27/S2937
8. Ходненко. В. П. Корректирующие двигательные установки для малого космического аппарата ! В. П. Ходненко. А. В. Хромов И Вопросы эяектр омеханнхн — М.. 2009. - Т. 109. - С. 27 — 32.
9. A Very Low Power Arcjet (VELARC) for Small Satellite Missions / G. Herdnch. [et al.] // Presented at die 32nd international Electric Propulsion Conference, 11-15 September. - Wiesbaden. 2011.-P. 1-17.
