3. 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.

Рис. 3.1 – Конструктивная схема термодросселя: 1 – изолятор,

2 – наконечник, 3 – трубка капиллярная, 4 – втулка, 5 – плата.

Секундный расход рабочего тела через термодроссель на анод определяется по формуле:

, (3.11)

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 – коэффициент равный универсальной газовой постоянной умноженной на молярную массу ксенона, где R =63,29 Дж/кг·К.

Давление на входе в термодроссель равно давлению на выходе из редуктора . Для достижения необходимого давления на выходе из термодросселя зададимся отношением: . Отсюда давление на выходе из термодросселя равно . Усредненное давление равно:

(3.12)

Разность давлений равна:

(3.13)

Определим внутренний диаметр термодросселя:

3. Расчет проектных параметров жиклера:

Дальнейшее снижение давления в системе подачи происходит в жиклере, который представляет собой пластинчатую шайбу с отверстием.

Рис. 3.2 – Конструктивная схема жиклера: 1- шайба

дроссельная, 2, 3, 4 – проставки, 5 – ниппель, 6 – фильтр

Секундный расход рабочего тела через жиклер определяется по формуле:

, (3.14)

Где: S_ж – площадь поперечного сечения жиклера;

- давление в жиклере (принимаем давление на входе в жиклер равным давлению на выходе из редуктора и равным ),

k – коэффициент адиабаты (для ксенона k=1,67),

- температура в жиклере ( ),

R – коэффициент равный универсальной газовой постоянной умноженной на молярную массу 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, (3.15)

кг/с. (3.16)

Приведенная площадь отверстия жиклера находится по формуле:

, (3.17)

м²;

Зная площадь отверстия, определим диаметр жиклера анода:

м².

Определив приведенную площадь отверстия жиклера катода, определим диаметр:

4. Разработка и описание чертежа общего вида ду

Общий вид двигательной установки представлен на чертеже (ХАИ.401.441. 10В.ВО).

Задачей данной двигательной установки является спуск КА с орбиты высотой 10500 км над поверхностью Марса на высоту 6000 км, а также последующий спуск на поверхность спутника Марса Фобоса. ДУ состоит из: системы хранения и подачи РТ, системы электропитания, системы управления и стационарного плазменного двигателя (СПД).

Система хранения и подачи рабочего тела (СХПРТ) служит для подготовки и регулирования подачи рабочего тела к СПД.

Самым большим элементом в двигательной установке является, как правило, бак. Бак состоит из двух полусфер, приваренных ко внешнему силовому кольцу бака аргоннодуговой сваркой. Материалом для изготовления бака выбран титановый сплав ВТ1-1. Такой материал выбран исходя из его преимуществ: хорошая технологичность, высокая прочность в интервале температур от криогенных (-250 ºC) до умеренно высоких (300…600 ºС), имеет малую массу, хорошую коррозионностойкость, высокий порог хладноломкости. Ко внешнему силовому кольцу бака восьмью болтами М8-6g (S18) ГОСТ 7805-70 прикреплены стержни фермы. Ферма связывает бак с титановой пластиной восьмью болтами М8-6g (S18) ГОСТ 7805-70. К пластине крепятся элементы системы подачи, а также движитель. Все элементы соединены газовыми трубками, которые выполнены из нержавеющей легированной стали марки 12Х18Н9Т. Такой выбор материала обусловлен его свойствами: коррозионностойкостью, жаропрочностью, высоким порогом хладноломкости, низким давлением насыщенных паров. Поскольку он обладает низкой магнитной проницаемостью, и изготовленные из него элементы конструкции не искажают конфигурации магнитного поля.

Материалы для элементов СХПРТ выбраны исходя из требований минимальной массы конструкции, а компоновка ДУ осуществлена из соображений минимальных габаритов. Во внешнем силовом кольце бака, к которому приварены полусферы бака, сделаны отверстия для монтирования к спутнику.

Еще одним элементом двигательной установки является стационарный плазменный движитель. В данной ДУ используется СПД обладающий следующими характеристиками: создаваемая тяга – 1,83·10^-2 Н, удельный импульс – 10000 м/с, срок службы - 2,88·10⁶ сек, мощность ДУ – 265 Вт, тяговый к. п. д. – 0,38.

Схема размещения ДУ на борту КА представлена на чертеже ХАИ.401.441. 10В.02.ЛА

Список использованной литературы:

1. Охоцимский Д.Е., Сихарулидзе Ю.Г.. Основы механики космического полета: Учебное пособие.- М.: Наука 1990 – 448с.

2. Методика инженерного расчета стационарных плазменных двигателей (учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию) /Белан Н.В., Ким В.П., Севрук Д.Д. – Харьков: Харьк. авиационный институт, 1980. – 62с.

3. Порядок расчёта основных энергетических харатеристик и геометрических размеров стационарного плазменного движителя / С.А. Огиенко. – Учеб. пособие. – Харьков: Нац. аэрокосм. ун-т «Харьк. авиац. ин-т», 2006. - 26 с.

4. Системы подачи рабочих веществ электрореактивных движителей: Учеб. пособие/ Н.В. Белан, В.Н. Коровкин, Н.А. Масленников и др. – Харьков: Харьк. авиац. институт, 1990.-57с.

Перечень документации

ХАИ.401.441.10В.ПЗ - пояснительная записка;

ХАИ.401.441.10В.ТЧ - технический чертеж СПД;

ХАИ.401.441.10В.ФС - функциональная схема СХПРТ;

ХАИ.401.441.10В.ВО - чертеж общего вида ДУ;

ХАИ.401.441.10В.КА - схема размещения ДУ на борту КА.