Проектирование плазменно-ионного двигателя

курсовая работа

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ, СОКРАЩЕНИЙ И ТЕРМИНОВ

а - радиус орбиты космического аппарата относительно центра земли, км;

B - индукция магнитного поля,

- ширина полюсных наконечников,

- цена иона, эВ/ион;

- коэффициент аэродинамического сопротивления;

- расстояние между электродами ионно-оптической системы, мм;

- диаметр бака,

- диаметр движителя, м;

- диаметр проволоки соленоида,

- диаметр ресивера,

- характерный диаметр космического аппарата, м;

- допускаемая напряжённость электрического поля между электродами, В/см;

G - геометрический параметр ионно-оптической системы;

h - высота орбиты относительно поверхности Земли, км;

- ток соленоида,

- электронный ток с катода, А;

- ток ионного пучка, А;

- разрядный ток в газоразрядной камере, А;

- удельный импульс движителя, м/с;

- плотность тока, А/;

- плотность тока соленоида,

- коэффициент использования массы;

kз - гравитационный параметр Земли, км32;

kрт коэффициент, учитывающий потерю рабочего тела при хранении;

- характерный размер камеры, длина разрядной камеры движителя,

- масса конструкции бака,

- масса заправленного бака,

- масса конструкции ресивера,

- необходимый запас рабочего тела, кг;

- полная масса рабочего вещества в ресивере,

- текущая масса рабочего вещества в ресивере,

- масса рабочего вещества покинувшего объём ресивера,

- масса рабочего вещества, находящегося в ресивере в момент его заполнения,

- секундный массовый расход рабочего тела, кг/с;

- поступление массы рабочего вещества в ресивер в единицу времени, кг/с;

- число катушек соленоида;

- мощность, потребляемая двигательной установкой, Вт;

- средняя потребляемая мощность нагрузки, Вт;

- установившаяся мощность солнечной батареи, Вт;

- число включений и включений электроклапана;

- плотность ионов, количество ионов в единице объёма, 1/;

- плотность электронов, количество электронов в единице объёма, 1/;

- число отверстий в ионно-оптической системе;

- критическое давление, при котором происходит фазовый переход р.т.,

- максимальное давление, которое может быть достигнуто в ресивере,

- тяга электроракетного движителя, Н;

- первеанс,

- давление внутри ресивера,

- давление внутри движителя,

- принимаемое давление хранения р.т.,

- универсальная газовая постоянная, Дж?М/К;

Rатм - сила сопротивления атмосферы на заданной орбите;

- радиус Земли, км;

- ларморовский радиус электронов,

- ларморовский радиус ионов,

- радиус наконечника катода,

- расстояние от оси движителя до полюсных наконечников,

- больший радиус тора, ресивера,

- характерный размер отверстия в электродах, м;

- меньший радиус тора, ресивера,

- площадь боковой поверхности бака,

- площадь боковой поверхности ресивера,

- площадь отверстий в ионно-оптической системе, ;

- полная площадь сечения ПИД, м;

- площадь проволоки соленоида,

- характерная площадь поперечного сечения космического аппарата, ;

- эффективная площадь сечения движителя, м;

T - период обращения спутника вокруг Земли, с;

- критическая температура, при которой происходит фазовый переход р.т.,

- температура максвелловских электронов, К;

- температура, до которой бак может разогреться в условиях космического пространства,

- максимальная температура, до которой ресивер может разогреться в УКП,

- температура внутри ресивера,

- принимаемая температура хранения р.т.,

- время заполнения всего объёма ресивера, с;

- время цикла работы ресивера, с;

- ускоряющее напряжение между электродами ионно-оптической системы, В;

- объём бака,

- скорость истечения рабочего тела, ;

- скорость космического аппарата на орбите, км/с;

- объём ресивера,

- характеристическая скорость космического аппарата на орбите, км/с;

Xe - ксенон, рабочее тело движителя;

- напряжение разряда в газоразрядной камере, эВ;

- число ампер витков одной катушки;

- суммарное число ампер витков;

? - выработка рабочего тела из бака;

- коэффициент складирования;

- минимальная толщина стенки бака,

- минимальная толщина стенки ресивера,

- толщина ускоряющего электрода ионно-оптической системы, мм;

- толщина экранного электрода ионно-оптической системы, мм;

- толщина стенки ресивера,

- прозрачность электродов;

- коэффициент полезного действия движителя;

- плотность композиционного материала, из которого изготовлен бак,

- плотность воздуха на заданной орбите, кг/м3;

- плотность материала ресивера,

- предел текучести,

- предел прочности,

- время существования космического аппарата, с;

- максимальное время нахождения космического аппарата в тени Земли, с;

- минимальное время нахождения космического аппарата на световом участке, с;

- потенциал ионизации рабочего тела, эВ;

- первый потенциал возбуждения рабочего тела, эВ;

ГРК - газоразрядная камера;

ДУ - двигательная установка;

ИОС - ионно-оптическая система;

ИСЗ - искусственный спутник Земли;

КА - космический аппарат;

КЛА - космический летательный аппарат;

КМ - композиционный материал;

КПД - коэффициент полезного действия;

ПИД - плазменно-ионный движитель;

СХПРТ - система хранения и подачи рабочего тела;

УКП - условия космического пространства;

ЭРД - электроракетный движитель;

ЭРДУ - электроракетная двигательная установка.

ВВЕДЕНИЕ

Развитие космических систем различного назначения позволяет в настоящее время ставить и решать многие научно-технические, оборонные и народнохозяйственные задачи непосредственно в космосе

В настоящие время главное внимание уделяется разработкам ЭРДУ для выполнения следующих задач:

· стабилизация спутников: компенсация внешних возмущающих сил, вызываемых микрометеоритами, градиентами гравитационных полей и давлением солнечной радиации, компенсация внутренних возмущений, вызываемых движущимися элементами спутника, в том числе различными маховичными системами;

· орбитальные: коррекция ошибок в запуске, компенсация гравитационных сил, вызванных несферичностью Земли, и давления солнечной радиации.

· в интересах народного хозяйства: использование околоземного пространства для практических задач совершенствования связи, метеорологии, навигации, геодезии, разведки полезных ископаемых, мобилизации дополнительных сельскохозяйственных ресурсов.

Электрореактивные двигатели (ЭРД) открыли новое направление в космическом двигателестроении. ЭРД отличаются от существующих космических двигателей, работающих на химических топливах, более высокой экономичностью, но одновременно значительно меньшей тяговооружённостью, возможностью получения малых единичных импульсов, большим числом включений. Вместе с тем разделение источников энергии и рабочего вещества в ЭРД и использование электромагнитного поля для ускорения рабочего вещества позволяет значительно (на один-два порядка) увеличить удельный импульс, а соответственно и экономичность ЭРД по сравнению с химическими реактивными двигателями. Это предопределяет области применимости ЭРДУ для космических летательных аппаратов с большими временами активного функционирования (5-10 лет).

Задание

Спроектировать электрореактивную двигательную установку на базе плазменно-ионного движителя для ориентации орбиты искусственного спутника Земли.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:

Таблица 1

1. Орбита -- круговая

=525 км

2. Время существования КА

=6 лет

3. Характерный диаметр КА

=3 м

4. КПД ЭРД, движителя

Делись добром ;)