1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования
  4. № 5, 2023

Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2023, № 5, стр. 103-112

Оптимизация геометрии конструкции высокочастотных двигателей и ионных источников

В. К. Абгарян a, *, А. В. Мельников a, А. Ю. Купреева a, О. Д. Пейсахович a

a Научно-исследовательский институт прикладной механики и электродинамики Московского авиационного института (национального исследовательского университета)
125080 Москва, Россия

* E-mail: vka.mai@mail.ru

Поступила в редакцию 20.05.2022
После доработки 21.06.2022
Принята к публикации 21.06.2022

Аннотация

В статье изложены результаты расчетов оптимальной геометрии конструкции одного из типов источников квазинейтральной плазмы. Рассмотрена схема ионного источника с индуктивным разрядом плазмы, образуемым и поддерживаемым с помощью высокочастотного электромагнитного поля с частотой порядка 1 МГц. С помощью численного моделирования проведена совместная оптимизация профилей поверхностей основных узлов конструкции, а именно разрядной камеры и электродов ионно-оптической системы. Расчеты выполняли с помощью разработанной ранее инженерной модели индуктивного разряда в плазме. Критериями оптимизации являлись тяга и величина извлекаемого из источника ионного тока, определяемые из расчетных распределений электронной плотности и температуры электронов в объеме разрядной камеры. Оптимизационные расчеты проведены для ионного источника диаметром 16 см с разрядными камерами, поверхность которых имеет форму сегментов сферы. Результаты расчетов тяги представлены в сравнении с величинами, рассчитанными для базовой конфигурацией схемы ионного источника с полусферической разрядной камерой и плоской ионно-оптической системой. Получено существенное увеличение величины извлекаемого ионного тока и тяги в найденной оптимальной конфигурации ионного источника.

Ключевые слова: высокочастотный источник ионов, низкотемпературная плазма, разрядная камера, электроды ионно-оптической системы, высокочастотный индуктор, моделирование.

Список литературы

  1. Kanarov V., Hayes A.V., Yevtukhov R., Vidinsky B., Navy A. // Rev. Sci. Instrum. 1998. № 69. P. 874. https://www.doi.org/10.1063/1.1148742

  2. Jet Propulsion Laboratory NASA. 2003. https://www.jpl.nasa.gov/missions/hayabusa Cited 10 April 2022

  3. Jet Propulsion Laboratory NASA. 1998. https://www.jpl.nasa.gov/missions/deep-space-1-ds1 Cited 10 April 2022

  4. Van Noord J. // In 43rd AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit. 2007. P. 5218. https://www.doi.org/10.2514/6.2007-5218

  5. Van Noord J., Herman D. // In 44th AIAA/ ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit. 2008. P. 4526. https://www.doi.org/10.2514/6.2008-4526

  6. Васин А.И., Коротеев А.С., Ловцов А.С., Муравлев В.А., Шагайда А.А., Шутов В.Н. // Труды МАИ. 2012. Т. 60. С. 8.

  7. Herman D.A. // 57th Joint Army-Navy-NASA-Air Force (JANNAF) Propulsion Meeting. 2010. No. E-17447.

  8. Антропов Н.Н., Ахметжанов Р.В., Балашов В.В., Богатый А.В., Дьяконов Г.А., Могулкин А.И., Обухов В.А., Плохих А.П., Попов Г.А. // Тезисы 14-й Международной конференции “Авиация и космонавтика-2015”. 2015. С. 141.

  9. Tsukizaki R., Ise T., Koizumi H., Togo H., Nishiyama K., Kuninaka H. // J. Propulsion and Power. 2014. V. 30. № 5. P. 1383. https://www.doi.org/10.2514/1.B35118

  10. Foster J., Haag T., Kamhawi H., Patterson M., Malone S., Elliot F. // In 40th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit. 2004. P. 3812. https://www.doi.org/10.2514/6.2004-3812

  11. Loeb H. // Astronautica Acta. 1962. V. 8. № 1. P. 49.

  12. Abgaryan V.K., Nadiradze A.B., Semenov A.A., Troshin A.E. // J. Surf. Invest.: X-Ray, Synchrotron Neutron Tech. V. 13. 2019. № 6. P. 1054. https://www.doi.org/10.1134/S102745101906003X

  13. Goebel D.M., Katz I. // Fundamentals of Electric Propulsion: Ion and Hall. N.Y.: John Wiley & Sons, 2008. P. 100.

  14. Абгарян В.К., Леб Х.В., Обухов В.А., Шкарбан И.И. // Поверхность. Рентген., синхротр. и нейтрон. исслед. 2012. № 8. С. 70.

  15. Канев С.В., Кожевников В.В., Хартов С.А. // Известия РАН. Энергетика. 2017. Т. 3. С. 21.

  16. Cifali G., Misuri T., Rossetti P., Andrenucci M., Valentian D., Feili D., Lotz B. // 32nd International Electric Propulsion Conference. 2011. № 11. P 15.

  17. Девдариани А.З., Артамонова А.О., Беляев А.К. // Письма в ЖТФ. 2020. Т. 46. Вып. 4. С. 45. https://www.doi.org/10.21883/PJTF.2020.04.49051.17990

  18. Абгарян В.К., Ахметжанов Р.В., Леб Х.В., Обухов В.А., Черкасова М.В. // Поверхность. Рентген., синхротр. и нейтрон. исслед. 2013. №11. С. 82.

  19. Balashov V., Cherkasova M., Kruglov K., Kudriavtsev A., Masherov P., Mogulkin A., Obukhov V., Riaby V., Svotina V. // Rev. Sci. Instrum. 2017. V. 88. № 8. P. 083304. https://www.doi.org/10.1063/1.4998247

  20. Holste K., Dietz P., Scharmann S., Keil K., Henning T., Zschätzsch D., Reitemeyer M., Nauschütt B., Kiefer F., Kunze F., Zorn J., Heiliger C., Joshi N., Probst U., Thüringer R., Volkmar C., Packan D., Peterschmitt S., Brinkmann K.-T., Zaunick H.-G., Thoma M.H., Kretschmer M., Leiter H.J., Schippers S., Hannemann K., Klar P.J. // Rev. Sci. Instrum. 2020. V. 91. P. 061101. https://www.doi.org/10.1063/5.0010134

  21. Мельников А.В., Хартов С.А. // Известия РАН. Энергетика. 2018. Т. 3. С. 4.

  22. Kanev S., Melnikov A., Nazarenko I., Khartov S. // IOP Conference Series: Mater. Sci. Engineer. 2020. P. 012010. https://www.doi.org/10.1088/1757-899X/868/1/012010

  23. Porst, J.P., Kuhmann J., Kukies R., Leiter H. // In Proceedings of the 34th International Electric Propulsion Conference. 2015.

  24. Leiter H.J., Kukies R., Porst J.P., Kuhmann J., Berger M, Rath M., // In 50th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference. 2014. P. 3421. https://www.doi.org/10.2514/6.2014-3421

  25. Porst J.P., Altmann C., Arnold C., Kuhmann J., Syring C., Leiter H.J., Berger M., Scholze F., Eichhorn C., Bundesmann C. // 35th International Electric Propulsion Conference. 2017.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал