2.3 Описание чертежа общего вида спд
2.3.1 Основные рабочие процессы в спд
Стационарные плазменные движители – это плазменные электрореактивные движители с азимутальным дрейфом электронов, в которых тяга создается путем ускорения ионной компоненты плазмы в электрическом поле.
На разработанном чертеже ХАИ.401.441.10В.ТЧ представлен общий вид движителя (СПД). Движитель имеет разрядную камеру (8), изготовленную из диэлектрического материала. В РК через анод-газораспределитель подаётся рабочее тело, инертный газ - ксенон.
В РК движителя осуществляется ионизация атомов рабочего тела электронами и ускорение ионов. Магнитная система включает в себя полюсные наконечники (12), магнитопровод (6) и катушки намагничивания (3, 4), которые позволяют получить магнитное поле с большим градиентом магнитной индукции вдоль разрядного канала.
Магнитная система СПД сконструирована таким образом, чтобы на участке канала, на котором осуществляется ионизация атомов рабочего тела и ускорение ионов, магнитное поле было направлено преимущественно по радиусу с максимальным значением на срезе разрядной камеры. На практике выбор взаимного расположения магнитных экранов, полюсных наконечников, катушек намагничивания и подбор ампер-витков в них предварительно осуществляется по форме магнитных силовых линий (должна быть обеспечена примерно симметричная их конфигурация относительно срединной поверхности канала), а окончательно – экспериментальным путем по интегральным характеристикам движителя.
Катод-компенсатор (2), расположенный за срезом канала (отдельное устройство, в котором поддерживается самостоятельный газовый разряд), выполняет функцию источника электронов, необходимых для поддержания разряда и компенсации объемного заряда струи ионов. Часть электронов из плазмы, создаваемой катодом-компенсатором, поступает в канал. Двигаясь в электрическом поле, эти электроны набирают энергию и производят ионизацию рабочего тела. Ионизация рабочего тела по мере его продвижения к выходу РК СПД начинается непосредственно у анода-газораспределителя. Вследствие того, что потенциал плазмы на этом участке канала выше потенциала анода и пристеночных слоев плазмы, возникающие вблизи анода ионы движутся в направлении анода, а также к стенкам разрядной камеры, на которых они рекомбинируют и возвращаются в канал в виде атомов. В результате энергия, затраченная на ионизацию и ускорение, теряется. Энергия рекомбинирующих на поверхности канала ионов не превышает 20 эВ, и обратный ионный поток не вызывает распыления материала РК.
Формирование направленного ионного потока, который обеспечивает создание тяги, начинается на участке РК вблизи среза ускорителя, где потенциал электрического поля принимает положительное значение. Этот участок расположен в области РК, где индукция магнитного поля 0,6 ее максимального значения. Этот участок называется
зоной ионизации и ускорения (ЗИУ). В ЗИУ обычно выделяется 3 участка участок ионизации (УИ), участок классической проводимости (УКП) и участок нагрева электронов (УНЭ), рисунок 20.
Рис. 2.17 - Зона ионизации и ускорения (ЗИУ)
Названия участков условны, однако они отражают некоторые особенности происходящих на них процессов – интенсивную ионизацию рабочего тела на первом участке, преобладание классического механизма проводимости на втором и набор энергии электронами при движении от катода к срезу канала на третьем. На этом участке по мере продвижения к выходу ионного тока из РК нарастание его вследствие ионизации сменяется его уменьшением, так как часть ускоренных ионов попадает на стенки РК с энергиями 0,5Up, нейтрализуется и вызывает их распыление.
Другая часть электронов поступает в струю ионов, истекающую из РК, и компенсирует ее объемный заряд.
В качестве катода-компенсатора в СПД используются газоразрядные полые высокоэмиссионные катоды. В настоящее время наиболее перспективной с точки зрения энергозатрат и ресурса является схема ГПВК, обладающая следующими отличительными особенностями:
1) расход плазмообразующего газа через рабочую полость с образованием положительного столба плазмы (по отношению к эмиссионной поверхности) снижает разрядное напряжение и улучшает эмиссионное свойство поверхности (благодаря эффекту Шоттки в термоэлектронной эмиссии);
2) благодаря наличию диафрагмы требуемое давление плазмообразующего газа в рабочей полости достигается при меньшем его расходе;
3) используются активирующие вещества для улучшения эмиссионных свойств рабочей поверхности.