2. Расчет характеристик стационарного плазменного движителя

2.1 Расчет основных параметров спд

2.1.1 Определение геометрических параметров

Исходя из графика приведенного на рисунке 3, условие минимума массы удовлетворяет ДУ с удельным импульсом 8000 м/с. Но так как диапазон эффективных удельных импульсов для СПД лежит в пределах 10000-30000 м/с, примем на рассмотрение ДУ с Іуд=10000м/с

Тогда исходные данные:

Рабочее тело: ксенон

Iуд, м/с	F , mН	, кг/с	t, час
10000	18,3	1,83	800

М =	масса атома ксенона
е = Кл	заряд электрона
φі = 12,1 В	потенциал ионизации ксенона
k = Дж/К	постоянная Больцмана

В случае использования ксенона в качестве РТ, для достижения приемлемого тягового КПД условие минимального массового расхода приобретает следующий вид:

Где D – средний диаметр канала, отсюда:

(2.1)

За массовый расход принимается расход РТ только через анод, который составляет:

Принимаем .

На основе анализа накопленного опыта по разработке и эксплуатации СПД определены соотношения основных геометрических размеров движителя с тем, чтобы при различных значениях массового расхода и мощности достигался режим работы СПД близкий к оптимальному:

	Ширина ускорительного канала
	Толщина слоя изоляции
	Длина ускорительного канала
	Наружный диаметр канала
	Внутренний диаметр канала
	Габаритная длина
	Габаритный диаметр
	Диаметр наружного полюсного н-ка
	Диаметр внутреннего полюсного н-ка

Табл. 2.1

Рис. 2.1

2.1.2 Определение тяговой и кинетической мощности ионов

Тяговая мощность струи ионов определяется из соотношения:

(2.2)

Кинетическая мощность струи ионов:

(2.3)

Где: разброс угла вылета ионов относительно оси СПД; разброс ионов по энергии. Большой разброс соответствует меньшему разрядному напряжению Up. Так как заведомо ожидалось невысокое разрядное напряжение, было принято:

2.1.3 Определение толщины слоя ионизации

В качестве характерной толщины слоя lс, в котором преимущественно происходит ионизация РТ, выбираем такую величину, которая обеспечивает вероятность ионизации РТ не менее 95%. Тогда:

(2.4)

Где: средняя длина пробега атома до ионизации ударом электрона; коэффициент скорости ионизации атома Хе, ; температура анода, принимаем ; площадь поперечного сечения ускорительного канала:

;

;

Полагая, что 95% РТ ионизируется, а затем и ускоряется уже в виде ионов разностью потенциалов Δuи , сосредоточенной на протяжении слоя ионизации до средней скорости Vион, определяем концентрацию электронов исходя из условия неразрывности потока массы в РК:

(2.5)

Где перепад потенциалов в слое ионизации, .

Рассчитанная концентрация электронов соответствует режиму работы движителя близкому к оптимальному.