Проектирование плазменно-ионного двигателя
Характеристика установки для стабилизации параметров орбиты космического аппарата. Расчет параметров и геометрических размеров плазменно-ионного двигателя. Система хранения и подачи рабочего вещества (ксенона) и функционирование двигательного блока.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 05.03.2009 |
| Размер файла | 302,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Для определения геометрических параметров тора, необходим выбрать меньший радиус тора, а больший радиус тора будет определяться как функция объёма и выбранного меньшего радиуса тора. Малый радиус тора выбираем равным половине радиуса сферы бака, что позволит сделать наиболее компактную компоновку СХПРТ.
Объем тора определяется как:
(6.17)
Рисунок 6.1 Параметры тора.
, (6.18)
где - диаметр сечения тора, - малый радиус тора.
. (6.19)
Преобразовав уравнение (2.18), получим квадратное уравнение относительно диаметра сечения тора:
. (6.20)
Малый радиус тора принимается:
(6.21)
Уравнение (2.21) имеет два корня: первый корень отрицательный, второй корень равен .
Зная диаметр сечения тора и малый радиус тора, определяется большой радиус тора:
. (2.23)
6.4 Расчет проектных параметров термодросселя
Термодроссель применяют для регулирования требуемого расхода рабочего вещества. В нем используют зависимость расхода газа от его температуры при заданном перепаде давления и геометрических параметров капиллярной трубки. Температура газа, в свою очередь, зависит от значения тока, пропускаемого через трубку.
Секундный расход рабочего тела через термодроссель на анод определяется по формуле:
, (6.22)
где P - усредненное давление ();
- давление на входе в термодроссель;
- давление на выходе из термодросселя;
- внутренний диаметр термодросселя;
- разность давлений на входе и выходе из термодросселя;
T - температура рабочего вещества в термодросселе ( );
- коэффициент вязкости ( для ксенона );
- длина термодросселя (примем );
R - газовая постоянная для ксенона, R = 63.29 Дж/кг?К.
Давление на входе в термодроссель равно давлению в ресивере . Для достижения необходимого давления на выходе из термодросселя зададимся отношением:. Отсюда давление на выходе из термодросселя равно . Усредненное давление равно:
(6.23)
Разность давлений равна:
Определим внутренний диаметр термодросселя:
(6.24)
6.5 Расчет проектных параметров жиклера
Дальнейшее снижение давления в системе подачи происходит в жиклере, который представляет собой пластинчатую шайбу с отверстием.
Секундный расход рабочего тела через жиклер определяется по формуле:
, (6.25)
Sж - площадь поперечного сечения жиклера, приведенная площадь;
- давление в жиклере (принимаем давление на входе в жиклер равным давлению на выходе из ресивера и равным );
k - коэффициент адиабаты (для ксенона k=1,67);
- температура в жиклере ( );
R - газовая постоянная для ксенона, R = 63.29 Дж/кг?К.
С учетом того, что 90% рабочего вещества поступает в ГРК, а остальные 10% - на катод, имеем:
кг/с,
Приведенная площадь жиклера находится по формуле:
. (6.26)
м2 .(6.27)
Определим диаметр жиклера:
.(6.28)
Из технологических соображений диаметр жиклера принимаем равным 3мм.
7 Описание функциональной схемы системы электропитания ПИД
На чертеже (ХАИ.06.441п.11.СГ.05) представлена система электропитания (СЭП), основной задачей которой является поддержание работы ЭРД и систем, обеспечивающих его функционирование. На этом рисунке без раскрытия внутренней структуры каналов электропитания приведен общий принцип построения СЭП.
Так все каналы электропитания по входу подключены к общей выходной шине СЭС, от которой они получают электроэнергию. Сигналы, управляющие их работой, поступают с шины обмена информацией с СУ, а точнее с контроллером СЭП, входящим в состав СУ.
Основными датчиками, позволяющими СУ контролировать работу СЭП (а точнее работу отдельных КЭП и их нагрузки) являются датчики тока и напряжения (ДТН), устанавливаемые на выходе каждого КЭП (эти датчики являются составной частью КЭП). Если нагрузкой КЭП является не один потребитель (нагрузка), а целая система однотипных нагрузок (например, датчики давления, установленные в СХПРТ, или такие исполнительные устройства, входящие в СХПРТ, как электроклапаны), то на выходе КЭП имеется совокупность коммутирующих устройств, управляемых сигналом СУ и в цепи каждой нагрузки устанавливаются свои датчики тока и/или напряжения, сигнал с которых подается на СУ.
Поскольку нагрузкой КЭП так же являются газоразрядные промежутки систем ЭРД (КК1, КК2, ОК, ГРК), то к тем же потребителям параллельно подводится напряжение с систем инициирования разряда (СИР), включение которых осуществляется по команде СУ, а результат работы оценивается по изменению тока и напряжения на выходе соответствующего КЭП.
8 РАЗРАБОТКА И ОПИСАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО ЧЕРТЕЖА ДВИГАТЕЛЬНОГО БЛОКА
Двигательная установка представляет собой совокупность системы хранения и подачи рабочего тела, системы электроснабжения и непосредственно движителя.
На рассматриваемом чертеже (ХАИ.06.441п.11.ТЧ.07.) представлены система хранения и подачи РТ и 2 плазменных ионных движителя.
К баку (1) прикручивается фильтр (2), пироклапан (3) с жиклером (4). Перед редуктором устанавливается электроклапан (5).
Торообразный ресивер (6) с помощью трубопровода подсоединяется к электроклапану (7). Трубопровод, с помощью разделителя разветвляется на четыре канала: электроклапан катода-компенсатора (1), электроклапан катода-компенсатора (2), жиклер основного катода (8), термодроссель анода (11). К баку (1) с помощью болтового соединения присоединяется корпус (16).
Заправка бака производится с помощью заправочного устройства (17).
К основанию корпуса присоединяется ПИД.
Задача катода-компенсатора (14) - понижение объемного заряда и нейтрализация ионного пучка на срезе движителя.
На корпусе (16) кроме четырех отверстий предназначенных для присоединения несущего кольца бака (1) имеется четыре отверстия для присоединения блока к несущей раме КА.
9 Разработка циклограммы энергопотребления
На чертеже (ДУ.06.441п.09.СХ.07.) представлена циклограмма нагрузки, которая характерезует зависимость мощности, потребляемой нагрузкой от времени на протяжении от некоего повторяющегося цикла.
Основные исходные данные для построения циклограммы заданы таблицей 9.1, в которой приведены значения электропотребления с учетом ЭРД.
Таблица 9.1.
|
0 |
880 |
925 |
1700 |
1725 |
2261 |
2740 |
2800 |
4940 |
5100 |
5400 |
5610 |
||
|
80 |
800 |
80 |
3241 |
2521 |
80 |
800 |
80 |
275 |
40 |
80 |
80 |
Период обращения КА по орбите определяем из соотношения:
, (9.1)
где a=h+Rз=400+6378=6778 км
Rз - радиус Земли.
kз=3.986*105 км2/с2 - гравитационный параметр Земли.
Максимальное время нахождения КА в тени находим из соотношения:
Время нахождения КА на освещенном участке орбиты:
(9.2)
Включение двигателя осуществляем на световом участке орбиты. Время работы двигателя составляет 10% от времени существования КА, мощность двигателя равна N=2.44 кВт.
Определяем среднюю мощность нагрузки по формуле:
. (9.3)
Установленная мощность БФ (максимальная мощность, которую способна генерировать БФ при работе в номинальных условиях) равна:
, (9.4)
где .
Выводы
В данной работе была разработана двигательная установка для стабилизации параметров орбиты искусственного спутника Земли.
Спроектирована электрореактивная двигательная установка на базе плазменно-ионного движителя. В конструкторской части произведен расчет параметров и геометрических размеров плазменно-ионного движителя, выбранного в качестве исполнительного органа системы стабилизации параметров орбиты искусственного спутника Земли, предназначенного для наблюдения за поверхностью Земли. Произведен выбор системы хранения и подачи рабочего вещества (ксенона), расчет элементов системы (бак, ресивер, термодроссель, жиклер). В соответствии с расчетами разработаны теоретический чертеж ПИД и движительного блока, функциональные схемы двигателя, системы электропитания, системы подачи и хранения рабочего вещества, циклограмма нагрузки, схема размещения ЭРДУ на борту КА.
В рассчитанной курсовой работе были получены следующие важные характеристики и конструктивные параметры ПИД, которые соответствуют техническому заданию:
1. Тяга ПИД 0,089 Н.
2. КПД ПИД .
3. Ускоряющая разность потенциалов между экранным и ускоряющим электродом В.
4. Диаметр ИОС, 0.2 .
5. ПИД с радиальным магнитным полем.
6. В качестве рабочего вещества был выбран инертный газ ксенон.
Структурная схема энергосилового узла и основные геометрические размеры ЭРДУ приведены в приложении.
Перечень ссылок
1.”Оценочные расчеты параметров ракетно-космических систем”-методическое пособие, Безручко К.В., Белан Н.В., Губин С.В., Исаев С.В., Колесник В.П., Харьков.
2. ”Плазменно-ионные двигатели”-методическое пособие, Белан Н.В., Глибицкий М. М., Степанушкин Н.П., Харьков;
3. “Система подачи рабочих веществ”-методическое пособие, Белан Н.В., Коровкин В.Н., Маштылев Н.А.,Харьков,1990.
4. ”Детали машин и механизмов”, Мишарин В.А., Янтовский Е.И., Москва 1985-488 ст.;
5. ”Плазменно ионные двигатели”, учеб. пособие по курсовому и дипломному проектированию, Белан Н.В., Глибицкий М.М., Степанушкин Н.П., Харьков 1983-62ст.;
6. ”Справочник конструктора-машиностроителя”, 1-й т. 2-й т., Анурьев В.И., Москва 1979-560ст.;
7. ”Обработка металлов давлением”, Безручко И.И., Зубцов М.Е., Балакина И.М., Ленинград 1967-320ст.;
8. ”Определение припусков на механическую обработку и технологические расчеты”, В. Ю. Гранин, А. И. Долматов;
9.”Справочник технолога-машиностроителя”, Т1, Т2, под ред. Косилова А.Г., Мещерякова Г. К.
Приложение
ХАИ.441.06.КР.11.ПЗ.00.00 - пояснительная записка, 52 с.
ХАИ.441.06.КР.11.СГ.00.01 - циклограмма энергопотребления, А4.
ХАИ.441.06.КР.11.СХ.00.02 - схема размещения ЭРДУ на КА, А3.
ХАИ.441.06.КР.11.СГ.00.03 - функциональная схема ЭРДУ, А4.
ХАИ.441.06.КР.11.ТЧ.00.04 - теоретический чертеж двигателя, А1.
ХАИ.441.06.КР.11.СГ.00.05 - функциональная системы электропитания, А4.
ХАИ.441.06.КР.11.СГ.00.06 - функциональная схема СХПРТ, А3.
ХАИ.441.06.КР.11.ТЧ.00.07 - теоретический чертеж двигательной установки, А1.
Подобные документы
Выбор основных размеров асинхронного двигателя. Определение размеров зубцовой зоны статора. Расчет ротора, магнитной цепи, параметров рабочего режима, рабочих потерь. Вычисление и построение пусковых характеристик. Тепловой расчет асинхронного двигателя.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 27.09.2014Основные параметры двигателя. Индикаторные параметры рабочего цикла двигателя. Среднее давление механических потерь. Основные размеры цилиндра и удельные параметры двигателя. Удельная поршневая мощность. Эффективные показатели работы двигателя.
практическая работа [59,3 K], добавлен 15.12.2012Определение допустимых электромагнитных нагрузок и выбор главных размеров двигателя. Расчет тока холостого хода, параметров обмотки и зубцовой зоны статора. Расчет магнитной цепи. Определение параметров и характеристик при малых и больших скольжениях.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 11.12.2015Расчет статора, ротора, магнитной цепи и потерь асинхронного двигателя. Определение параметров рабочего режима и пусковых характеристик. Тепловой, вентиляционный и механический расчет асинхронного двигателя. Испытание вала на жесткость и на прочность.
курсовая работа [4,8 M], добавлен 10.10.2012Определение параметров рабочего тела. Процессы впуска и сжатия, сгорания, расширения и выпуска; расчет их основных параметров. Показатели работы цикла. Тепловой баланс двигателя, его индикаторная мощность. Литраж двигателя и часовой расход топлива.
контрольная работа [1,4 M], добавлен 20.06.2012Выбор параметров и термогазодинамический расчет двигателя. Формирование "облика" проточной части турбокомпрессора, согласование параметров компрессора и турбины. Газодинамический расчет узлов и профилирование лопатки рабочего колеса первой ступени КВД.
дипломная работа [895,3 K], добавлен 30.06.2011Выбор конструкции асинхронного двигателя и его основных размеров. Расчет зубцовой зоны и обмотки статора. Коэффициенты, необходимые для расчёта воздушного зазора: магнитная проницаемость и напряжение. Расчет параметров машины, потерь и КПД двигателя.
реферат [2,0 M], добавлен 06.09.2012Расчёт оптимального значения степени повышения давления в компрессоре газотурбинного двигателя. Изменение внутренней энергии, энтальпии и энтропии в процессах цикла, параметров состояния рабочего тела в промежуточных точках процессов сжатия и расширения.
курсовая работа [278,4 K], добавлен 19.04.2015Отображение двигателя в режиме динамического торможения. Расчет пускового реостата и построение пусковых характеристик для двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением. Запись уравнения скоростной характеристики с учетом требуемых параметров.
контрольная работа [1002,6 K], добавлен 31.01.2011Начальные данные проектируемого двигателя постоянного тока. Выбор главных размеров, расчёт геометрии зубцовой зоны, выбор материала и расчет параметров двигателя. Вычисление характеристик намагничивания машины. Коммутационные параметры, расчет обмоток.
курсовая работа [687,9 K], добавлен 07.09.2009
