CC BY
82
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2016. Том 2
УДК 629.7.036.74
АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭЛЕКТРОРЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Д. В. Гайнутдинова Научный руководитель - С. В. Ченцов
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-mail: [email protected]
Приводится сравнительный анализ современных разработок электрореактивных двигателей, а также рассматриваются перспективные способы создания реактивной тяги.
Ключевые слова: электрореактивный двигатель, способы создания реактивной тяги. EFFICIENCY ANALYSIS OF ELECTRIC PROPULSION
D. V. Gaynutdinova Scientific Supervisor - S. V. Chencov
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
This article presents comparative analysis of modern Electric Propulsion and perspective ways of jet thrust creation.
Keywords: electric propulsion, ways of jet thrust creation.
Введение. Для космических аппаратов необходимо создание ЭРД на основе новых схем, использующих нетрадиционные способы ускорения плазмы и обеспечивающих высокое значение плотности тяги, удельного импульса и ресурса [1].
1. Особенности ЭРД. Группа электрореактивных двигателей включает в себя: электротермические, электромагнитные и электростатические двигатели. Принцип их действия основан на законе сохранения импульса.
Область применения ЭРД - это малые космические аппараты для межпланетного перелета. В планах человечества уже давно осуществить высадку человека на Марс.
В обычных ракетных двигателях тяга возникает в результате сжигания химического топлива. В электрореактивных она создается посредством ускорения электрическим или магнитным полем облака заряженных частиц или плазмы.
Несмотря на то, что электрические ракетные двигатели характеризуются гораздо меньшей тягой, они позволяют при той же массе топлива в итоге разогнать космический аппарат до гораздо большей скорости. Способность достигать высоких скоростей и высокий КПД использования рабочего вещества («топлива») делают электрореактивные двигатели перспективными для дальних космических полетов.
Сегодня одним из активно развивающихся направлений в мировой космической отрасли являются разработка и применение малых космических аппаратов (МКА). Такая тенденция создания МКА привлекательна в первую очередь сокращением временных и финансовых затрат, снижением риска в случае неудачного запуска, доступностью технологий, а также возможностью использования для выведения МКА на орбиту ракет-носителей легкого класса типа «Стрела», «Космос», «Рокот» и т. д. Использование орбитальных группировок МКА позволяет решать ряд задач в различных областях науки, в том числе государственных [2].
2. Перспективные разработки ЭРД. В настоящее время решается вопрос о создании двигателей мегаваттного класса. Активно разрабатываются новые схемы, создаются патенты. Лаборатория реактивного движения НАСА занимается вопросом освоения космического пространства. В лабора-
Секция «Метрология, стандартизация и сертификация»
тории группа, занимающаяся электродвигателями, работают над повышением надежности и долговечности двигательных систем. Также они проводят эксперименты и моделирование с современными двигателями, чтобы выявить их возможности применения в транспортных целях, то есть для перелета человека в космосе [3]. В России проводятся разработки перспективных ЭРД, но также ведутся работы над моделями. Поэтому стоит рассмотреть некоторые результаты современных разработок.
Основные параметры и характеристики ЭРД малой мощности различных конструктивных схем при разрядном напряжении 200 В представлены в таблице.
Параметры и характеристики ЭРД при разрядном напряжении 200 В
Модель Разработчик Уровень разработки Мощность, Вт Тяга, мН Удельный импульс, с КПД, % Цена тяги, Вт/мН
Прототип ПлаС-40 ОКБ «Факел» Инж. модель 380 28,12 1270 45,8 13,50
214 16,67 1117 41,2 12,83
СПД-50М ОКБ «Факел» Инж. модель 392 27,13 1229 41,5 14,44
240 15,89 1046 34,1 15,11
КМ-32 НИИ ТП Центр им. Келдыша Квалифицирован 246 15,05 1019 29,1 16,40
Модель МИРЭА МИРЭА Лаб. модель 174 12,82 1055 38,3 13,56
ВНТ-200 Busek Летный 144 8,72 814 24,3 16,51
НТ-100 Alta S.p.A Лаб. модель 190 10,81 1030 28,3 17,59
«Сравнительный анализ различных российских и ближайших их аналогов зарубежных моделей ЭРД малой мощности показал, что наилучшими удельными параметрами и характеристиками при мощности в диапазоне 100-400 Вт и напряжении разряда 160 и 200 В обладает ГПД ПлаС-40. Это гибридный плазменный двигатель. Он обеспечивает при прочих равных условиях больший удельный импульс тяги, что предпочтительней для обеспечения суммарного удельного импульса тяги при разработке новых мини-ЭРДУ для перспективных МКА» [2].
Предложен перспективный способ создания электрореактивной тяги [4]. Он заключается в следующем. Продукт сгорания, рабочее тело, направлен с заданной скоростью в магнитном поле, вектор которого перпендикулярен вектору скорости. Особенностью этого метода является то, что поток продуктов сгорания разделяют на катионы и электроны, и электроны направляют на создание дополнительной мощности для ускорения потока пучка катионов. Такой способ увеличивает КПД, и снижает расход топлива.
Библиографические ссылки
1. Русский Ньютон. Сочинения и известия о учёных делах [Электронный ресурс]. URL: http://русскийньютон.рф/kubarev/ARD_dop.pdf (дата обращения: 16.02.2016).
2. Гопанчук В. В., Потапенко М. Ю. Электрореактивные двигатели для малых космических аппаратов // Вестник Балтийского федерального университета им. И. Канта. 2012. Вып. 4. С. 60-67.
3. The Jet Propulsion Laboratory [Электронный ресурс]. URL: http://sec353ext.jpl.nasa.gov/ep/ (дата обращения: 16.02.2016).
4. Способ создания электрореактивной тяги // Патент России № 2567896 от 10.11.2015 / Казьмин Б. Н., Трифанов И. В., Дубова Е. Д., Оборина Л. И., Рыжов Д. Р.
© Гайнутдинова Д. В., 2016
