Выбор основных размеров должен осуществляться с учётом их влияния на выходные характеристики СПД и на тяговые характеристики. Наиболее существенное влияние на тяговые характеристики СПД оказывают параметры магнитной системы. Это связано, с тем, что уровень напряженности и конфигурация силовых линий магнитного поля определяют величину сквозного электронного тока и уровень потерь ускоренных ионов. Управлять конфигурацией силовых линий магнитного поля можно, подбирая конфигурацию, размеры элементов магнитной системы (магнитопроводов, полюсов, катушек намагничивания) и соотношение ампер-витков в катушках, если их несколько. Конфигурация силовых линий магнитного поля связана с распределением напряженности магнитного поля в канале. Поскольку оптимальным режимам соответствует конфигурация близкая к симметричной относительно срединной поверхности канала, то в первом приближении достаточно знать продольное распределение радиальной компоненты индукции магнитного поля B_r, рис.5.1 [1].

Рис.5.1 Распределение радиальной компоненты индукции магнитного поля по длине ускоряющего канала СПД.

Анализируя проведенные опыты, сделаем вывод о том, что для обеспечения высоких тяговых характеристик в движителе анод целесообразно располагать в области канала, где B_r = 0, а срез канала - в области максимума B_r. Выполнение первого условия необходимо для того, чтобы обеспечивались благоприятные условия замыкания электронного тока из плазмы на анод. Выполнение второго условия необходимо для того, чтобы фиксировалось оптимальное положение ускоряющего слоя в канале. Последнее условие обеспечивается тем, что в области спадающего магнитного поля развивается высокочастотная дрейфовая неустойчивость, способствующая резкому повышению подвижности электронов перпендикулярно магнитному полю, и необходимый поток электронов на анод в этой области пропускается при малой разности потенциалов [1].

Определим скорость дрейфа электронов. Для этого запишем уравнение сохранения энергии для электронов:

; (5.1)

где - энергия электронов;

=9,110^-31кг - масса электрона;

- скорость электронов;

=12,1 В - потенциал ионизации ксенона.

Из формулы (5.1) выразим скорость электронов:

; (5.2) .

Определим индукцию магнитного поля на среднем диаметр канала:

, (5.3)

где - напряженность электрического поля;

; (5.4)

;

Тл.

Т.к. расчет Вr проводится для зоны, где , то из этого соотношения получим значение индукции магнитного поля на выходе из канала Тл.

Поток магнитного поля из одного полюсного наконечника в другой через ускоряющий канал определяем по формуле:

; (5.5)

где - площадь срединной цилиндрической поверхности, которую пересекает магнитное поле;

- индукция магнитного поля в ускоряющий канал;

; (5.6)

Тл;

; (5.7)

;

Вб.

Поток магнитного поля через сердечник внутренней катушки определяем по формуле:

; (5.8)

где - площадь сечения внутренней катушки;

- индукция магнитного поля через сечение сердечника внутренней катушки.

Как видно из формулы (5.8), поток по всей магнитной системе должен быть одинаковым, поэтому:

(5.9)

Для изготовления магнитопровода берём электротехническую сталь Э45 (ГОСТ 21427-75) для которой при H=1,810³ A/м; B_с=1,2 Тл.

Определим площадь сечения сердечника внутренней катушки:

; (5.10)

С другой стороны:

; (5.11)

где - диаметр сердечника внутренней катушки;

; (5.12)

м.

В сортаменте выпускаемого материала есть прутки диаметром 6 и 8 мм. Для обеспечения прочности выбираем больший диаметр, т.е. d_c=8мм.

На основании первого правила Кирхгофа для магнитной цепи:

; (5.13)

; (5.14)

где - количество витков внутренней катушки; - количество витков наружной катушки; - длина внутренней катушки; -длина наружных катушек; - расстояние между наружным и внутренним полюсными наконечниками; - поток магнитного поля через сердечник одной наружной катушки; - площадь поперечного сечения сердечника одной наружной катушки; =12,5610^-7 Гн - магнитная постоянная; - магнитная проницаемость в ускоряющем канале. Принимаем для плазмы. - магнитная проницаемость сердечников внутренней и наружной катушек. Наружные катушки представляет собой четыре параллельно соединенных источника магнитодвижущей силы, поэтому

; (5.15)

Соотношение количества витков наружной и внутренней катушек можно записать как [3]:

; (5.16)

Из конструктивных соображений принимаем:

м. (5.17)

Расстояние между наружным и внутренним полюсными наконечниками находим как:

.

м (5.18)

Определим магнитную проницаемость сердечников внутренней и наружной катушек:

; (5.19)

.

Зная соотношение площадей поперечного сечения наружной и внутренней катушек, найдем диаметр сердечника наружной катушки.

, м²

С другой стороны площадь поперечного сечения одной наружной катушки равна:

; (5.20)

где d₂ - диаметр сердечника одной наружной катушки.

;

м.

Преобразовав формулу (5.14) найдем :

(5.21)

Определим количество витков внутренней катушки:

Определим количество витков наружной катушки:

витков.

Определим диаметр проволоки для обмотки. Для обмотки катушек выбираем медный провод в термостойкой изоляции ПОЖМ 1 ТУ16-502.004-82.

Мощность, затрачиваемая на магнитную систему всех катушек, равна:

; (5.22)

Вт.

С другой стороны:

; (5.23)

Отсюда найдем сопротивление проволоки:

Ом;

Найдем длину проволоки:

; (5.24)

м.

Площадь поперечного сечения проволоки равна [3]:

; (5.25)

где -удельное сопротивление проволоки при 20С, [5]. При температуре 600 К (на обмотке катушки) удельное сопротивление равно:

; (5.26)

где - температурный коэффициент для медной проволоки.

;

м²;

Найдем диаметр проволоки:

; (5.27)

Принимаем диаметр проволоки d_пр=0,00011м.

6. Разработка и описание теоретического чертежа двигателя