Экспериментальное и теоретическое исследование теплофизических процессов в высокочастотных ионных двигателях различной размерности

Семейство высокочастотных ионных двигателей (ВЧИД) с уровнем мощности от 10 Вт до 20 кВт разрабатывается в НИИ ПМЭ МАИ по заданию и при партнерском участии промышленных организаций и при поддержке Минобрнауки России. Разработка электрических ракетных двигателей этого типа, обладающих высоким удельным импульсом тяги, актуальна в свете тенденций развития космической техники. Одним из проблемных вопросов создания ВЧИД является отработка тепловой схемы двигателя, в соответствии с требованиями, как их надежного функционирования, так и их применения на космических аппаратах. Сложность проблемы заключается в необходимости создания надежных расчетных моделей теплофизических процессов во ВЧИД, учитывающих разнородные по своей природе процессы: плазменные, обусловленные ионизацией рабочего тела в самостоятельном индукционном разряде с учетом особенностей тепловыделения при взаимодействии плазмы с элементами конструкции, и тепловые с учетом разнородного характера используемых в конструкции ВЧИД материалов. Положительный результат в решении указанных проблем будет достигнут на основе экспериментально-теоретического исследования, включающего: разработку моделей тепловыделения в элементах конструкции ВЧИД, взаимодействующих с плазмой, и обобщенной модели теплофизических процессов в конструкциях ВЧИД различной размерности; разработку методик экспериментального определения температурных полей в образцах ВЧИД, разрабатываемых в НИИ ПМЭ МАИ с использованием техники тепловидения; проведение расчетного исследования теплофизических процессов во ВЧИД. По результатам сравнения расчетных температур в узлах конструкции ВЧИД и измеренных значений температур будет выполнена верификация расчетной модели с целью достижения точности расчета не хуже 5%. По результатам дальнейшей серии расчетов применительно к разрабатываемым новым моделям ВЧИД будут получены профили распределений температур в ВЧИД, на основе которых будут выполнены термомеханические прочностные расчеты критических элементов конструкции. Кроме того, полученные значения температур элементов конструкции ВЧИД позволят сделать выбор для использования того или иного материала для изготовления узлов конструкции ВЧИД. Будут получены рекомендации по интеграции ВЧИД в тепловую схему КА различной размерности для производителей КА.