Енергорушійна установка для космічного апарату дистанційного геофізичного дослідження поверхні Землі

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЗМІСТ

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ, СИМВОЛІВ І СКОРОЧЕНЬ

ВСТУП

ТЕХНІЧНЕ ЗАВДАННЯ

1. КОНСТРУКТОРСЬКА ЧАСТИНА

1.1 РОЗРАХУНОК БАЛІСТИЧНИХ ПАРАМЕТРІВ ОРБІТИ КЛА

1.2 ВИЗНАЧЕННЯ НЕОБХІДНИХ ТЯГОВИХ ПАРАМЕТРІВ РУШІЙНОЇ УСТАНОВКИ

1.3 ВИЗНАЧЕННЯ ОСНОВНИХ ПАРАМЕТРІВ СПД

1.3.1 Розрахунок основних енергетичних характеристик і основних розмірів СПД

1.3.2 Визначення тягової і кінетичної потужностей струменя іонів

1.3.3 Визначення протяжності шару іонізації РТ

1.3.4 Розрахунок розрядного струму і напруги розряду

1.3.5 Розрахунок КПД і ресурсу рушія

1.3.6 Розрахунок елементів магнітної системи СПД

1.4 РОЗРАХУНОК СЗВРР

1.4.1 Опис функціональної схеми СЗВРР

1.4.2 Розрахунок бака

1.4.3 Розрахунок проектних параметрів ресивера

1.4.4 Розрахунок термодроселя

1.4.5 Розрахунок жиклера

1.5 РОЗРАХУНОК НА НАДІЙНІСТЬ

1.5.1 Розрахунок структурної надійності СЗВРР

1.5.2 Розрахунок на міцність розрядної камери СПД

1.5.3 Розрахунок фізичної надійності РК

1.6 ОПИС СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ ЕУ і РУ

1.7 РОЗРОБКА ЕНЕРГОУСТАНОВКИ

1.8 КРЕСЛЕННЯ ЗАГАЛЬНОГО ВИДУ ЕУ ТА ОПИС ЕНЕРГОУСТАНОВКИ

1.9 РОЗРОБКА ЗБИРАЛЬНОГО КРЕСЛЕННЯ СПД

1.10 ОПИС КРЕСЛЕННЯ ЗАГАЛЬНОГО ВИДУ РУШІЙНОЇ УСТАНОВКИ

2. ТЕХНОЛОГІЧНА ЧАСТИНА

2.1 АНАЛІЗ ТЕХНОЛОГІЧНОСТІ ДЕТАЛІ

2.2 МАТЕРІАЛ ДЕТАЛІ І ЙОГО ВЛАСТИВОСТІ

2.3 ВИБІР І ОБГРУНТУВАННЯ СПОСОБУ ОТРИМАННЯ ЗАГОТОВКИ

2.4 РОЗРОБКА МАРШРУТНОГО ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ

2.4.1 Основні поняття і визначення

2.4.2 Проектування плану маршруту обробки

2.4.3 Розробка планів обробки елементарних поверхонь

2.4.4 Розрахунок припусків і операційних розмірів на обробку поверхонь обертання розрахунково-аналітичним методом

2.4.5 Розрахунок припусків і операційних розмірів при обробці циліндричних поверхонь нормативним методом

2.5 РОЗРАХУНОК ПРИПУСКІВ І ОПЕРАЦІЙНИХ РОЗМІРІВ ПРИ ОБРОБЦІ ТОРЦЕВИХ ПОВЕРХОНЬ

2.6 РОЗРАХУНОК РЕЖИМІВ РІЗАННЯ ПРИ СВЕРДЛІННІ (ОПЕРАЦІЯ 015, ПЕРЕХІД 3)

2.6.1 Вибір геометричних параметрів і інструментального матеріалу свердла

2.6.2 Розрахунок глибини різання

2.6.3 Призначення подачі

2.6.4 Розрахунок швидкості різання

2.6.5 Розрахунок обертаючого моменту

2.6.6 Розрахунок потужності приводу станка

2.6.7 Розрахунок частоти обертання свердла

2.6.8 Узгодження частоти обертання свердла з технічними характеристиками верстата

2.6.9 Розрахунок осьової сили різання і дійсного обертаючого моменту

3. ЕКОНОМІЧНА ЧАСТИНА

3.1 РОЗРАХУНОК СОБІВАРТОСТІ ДЕТАЛІ

4. БЕЗПЕКА ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ

4.1 АНАЛІЗ НЕБЕЗПЕЧНИХ І ШКІДЛИВИХ ЧИННИКІВ ПРИ ВИРОБНИЦТВІ НІЖКИ ЕМІТЕРА

4.2. ЗАХОДИ ЗНИЖЕННЯ АБО УСУНЕННЯ ШКІДЛИВОГО І НЕБЕЗПЕЧНОГО ВПЛИВУ ВИРОБНИЧИХ ЧИННИКІВ

4.3 ТЕХНОГЕННА БЕЗПЕКА

4.4 ЗАХОДИ ЩОДО ЛІКВІДАЦІЇ НС

5. СПЕЦЧАСТИНА

5.1 ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЗАЄМОДІЇ ПРИСКОРЕНИХ ІОНІВ ІЗ ПОВЕРХНЯМИ МЕТАЛІВ ТА ДІЕЛЕКТРИКІВ

5.2 ЗАКОНОМІРНОСТІ СПРАЦЮВАННЯ СТІНОК РОЗРЯДНОЇ КАМЕРИ СПД

5.3 ОПТІЧНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ВНУТРІШНЬОЇ КЕРАМІКИ МІКРО СПД М20

ВИСНОВКИ

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

СПИСОК ДОКУМЕНТАЦІЇ

ДОДАТОК А

ДОДАТОК Б

ДОДАТОК В

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ, СИМВОЛІВ І СКОРОЧЕНЬ

РУ	- рушійна установка
КА	- космічний апарат
РК	- розрядна камера
СЗВРР	- система зберігання та витрат робочої речовини
ЕРРУ	- електрореактивна рушійна установка
bк	- ширина каналу розрядної камери	м
Br	- індукція магнітного поля	Тл
Bmax	- максимальна величина індукції магнітного поля	Тл
Сt	- ціна тяги	Вт/Н
	- середній діаметр розрядної камери	м
	- внутрішній діаметр прискорюючого каналу	м
	- діаметр внутрішньої котушки	м
Dvnytpol	- внутрішній діаметр прискорюючого каналу	м
	- діаметр отвору в анодному жиклері	м
	- діаметр отвору в катодному жиклері	м
	- зовнішній діаметр прискорюючого каналу	м
	- діаметр зовнішньої котушки	м
	- внутрішній діаметр полюсного накінечника	м
	- діаметр капіляра термодроселя	м
	- зовнішній діаметр, габаритний розмір	м
Е	- напруженість електричного поля	В/м
	- заряд електрона	Кл
	- розрядний струм	А
	- струмів еквівалент масових витрат	А
с1	- питомий імпульс	м/с
	- константа Стефана-Больцмана	Дж/К
	- коефіцієнт запасу міцності	м
	- довжина канала розрядної камери	м
	- довжина шару іонізації та прискорення	м
	- величина струму іонів, що бомбардують стінку РК	А
	- довжина капіляра термодроселя	м
	- довжина двигуна, габаритний розмір	м
	- масові витрати через двигун	кг/с
	- масові витрати через катод	кг/с
	- масові витрати через анод	кг/с
	- секундні масові витрати РР через термодросель	кг/с
	- маса іона РР	кг
	- молярна маса РР	кг/моль
	- маса РР в ресивері	кг
	- маса РР в ресивері в початковий момент	кг
	- маса пустого бака	кг
	- маса заправленого бака	кг
	- маса робочої речовини в баці	кг
	- кількість витків внутрішньої котушки
	- кількість витків зовнішньої котушки
	- розрядна потужність	Вт
	- концентрація електронів	м-3
	- кінетична потужність струменя іонів на виході із РК	Вт
	- тягова потужність струменя іонів	Вт
	- тяга рушія	Н
	- середній тиск у термодроселі	Па
	- тиск у ресивері в початковий момент	Па
	- розрахунковий тиск в баці	Па
	- тиск на вході термодроселя	Па
	- універсальна газова стала	Дж/(мольК)
	- опір магнітному потоку на і-тій ділянці	1/Гн
	- ларморовський радіус електрона	м
	- ларморовський радіус іона	м
	- площа перерізу розрядної камери	м2
	- площа отвору в анодному жиклері	м2
	- площа отвору в катодному жиклері	м2
	- об'ємний коефіцієнт розпилення РК
	- час цикла роботи ресивера	с
	- температура РР в ресивері	К
	- температура зберігання РР у баці	К
	- розрядна напруга	В
	- об'єм ресивера	м-3
	- об'єм бака	м-3
	- коефіцієнт швидкості іонізації
	- коефіцієнт використання маси
	- зміна кількості РР у ресивері в під час одного циклу	кг
	- перепад тиску в капілярі термодроселя	Па
	- еквівалентна різниця потенціалів	В
	- товщина вихідних кромок розрядної камери	м
	- товщина магнітного екрана	м
	- товщина полюсного накінечника	м
	- товщина стінки бака	м
	- товщина стінки ресивера	м
	- товщина стінки магнітопровода	м
	МРС внутрішньої або зовнішньої котушки	А
	- кут повороту профілю РК після приробітки	рад
	- потік магнітного поля	Вб
	- потенціал іонізації РР	еВ
	- тяговий ККД
	- середня довжина пробігу атома РР	м
	- магнітна проникливість матеріалу магнітопровода
	- магнітна стала	Гн/м
	- коефіцієнт в'язкості РР	(Нс)/м2
	- товщина кромки РК, яка розпилюється іонами за час приробітки	м
	- переріз іонізації	м2
	- час приробітки РК	с
	- час роботи рушія	с

ВСТУП

Рішення багатьох задач космонавтики пов'язано з широким використовуванням космічних електроракетних рушійних установок, виконавськими органами яких є електричні ракетні двигуни.

Питомі маси сучасних космічних енергоустановок достатньо великі, тому відношення сили тяги до маси космічного корабля виявляється невеликим. Відмінною особливістю енергетичної рушійної установки (ЕРРУ) є високе значення питомих імпульсів, тобто висока економічність, можливість отримання малих одиничних імпульсів, великий ресурс, велике число включень, по порівнянню, наприклад, з хімічними реактивними двигунами. В плазмових і електростатичних прискорювачах робоча речовина може бути прискорена до швидкостей від десятків до сотень кілометрів в секунду, що неможливо в теплових прискорювачах.

Одним з основних класів електричних ракетних двигунів є електростатичні рушії, до числа яких належить і стаціонарний плазмовий рушія.

ТЕХНІЧНЕ ЗАВДАННЯ

Спроектувати рушійну установку на базі стаціонарного плазмового рушія для корекції опорної орбіти супутника для геодезичних досліджень. Основні початкові дані для оцінюючого розрахунку СЕЖ задані таблицею, в якій приведені значення електроспоживання з урахуванням ЕРР.

Таблиця 1

ф, s	0	300	600	900	1200	1500	2580 до кінця цикла
N, W	300	5800	300	5200	300	6300	300

В початкові дані також входять параметри орбіти:

орбіта кругова;

висота опорної орбіти 500 км;

нахил орбіти 0°;

діапазон напруги В;

СЕЖ стабілізованого типу;

орієнтація одновісна;

ФП на основі кремнію

Основні характеристики КА та рушія:

Тип ЕРР: СПД.

ККД рушія

Питомий імпульс:

Робоча речовина СПД: ксенон

Тяга двигуна: P=0.20 Н;

Час роботи двигуна: 4.666*10^6 c;

Надійність системи

1. КОНСТРУКТОРСЬКА ЧАСТИНА

1.1 РОЗРАХУНОК БАЛІСТИЧНИХ ПАРАМЕТРІВ ОРБІТИ КЛА

Розрахуємо балістичний коефіцієнт КЛА :

(1.1.1)

,

де Sm. - площа поперечного перерізу космічного апарату, визначається виходячи з розташування КА щодо напряму польоту;

сxа - коефіцієнт опору середовища, сxа=2,2;

m - маса КЛА;

r - радіус міделя КА.

Для заданих граничних висот кругової орбіти та визначимо допоміжну функцію висоти F(h) за допомогою емпіричних залежностей[1]:

(1.1.2)

,

де h0 - початкова висота КА.

(1.1.3)

,

де hm - висота на яку опуститься КА за час

(1.1.4)

Визначимо швидкість КА на заданій орбіті:

(1.1.5)

де Rz - середній радіус Землі 6371 км; hm - висота орбіти 500 км;

.

Швидкість КА визначається по формулі

(1.1.6)

де Kz - гравітаційний параметр Землі;

Обчислимо витрати характеристичної швидкості на одну корекцію (маневр спірального руху по висхідній траекторії з працюючими двигунами ЕРР з висоти до без урахування атмосферного опору):

(1.1.7)

1.2 ВИЗНАЧЕННЯ НЕОБХІДНИХ ТЯГОВИХ ПАРАМЕТРІВ РУШІЙНОЇ УСТАНОВКИ

Задаємо довільно час роботи ЕРР на одну корекцію орбіти (як правило, можна взяти в межах від кількох діб до кількох тижнів на багато меньше ніж ).

.

Знайдемо потрібну кількість корекцій для утримання КЛА на заданій коловій орбіті протягом :

,

,

(1.2.1)

.

Визначимо сумарну тривалість роботи ДМТ (двигуна малої тяги) за час утримання КЛА на заданій круговій орбіті:

(1.2.2)

Знайдемо початкове прискорення КЛА , що створюється двигунами (ЕРР). Якщо за умовою задачі сумарна тривалість роботи ЕРР не задана, задаємо її перше пробне значення . Задаємо ряд значень можливої для прийнятого ЕРР ефективного питомого імпульса с1, с2, с3,...

,

(1.2.3)

.

Сумарна тяга ЕРР:

(1.2.4)

1.3 ВИЗНАЧЕННЯ ОСНОВНИХ ПАРАМЕТРІВ СПД

1.3.1 Розрахунок основних енергетичних характеристик і основних розмірів СПД

Розрахунок основних характеристик і основних розмірів СПД проведений у відповідності з експериментально-теоретичними методичними розробками, викладеними в [2, 3, 4] у яких приведені деякі проміжні розрахунки і приведені більш докладні пояснення, що використовуються далі у співвідношеннях.

До числа основних параметрів, за допомогою яких можна описати СПД типової схеми, представленої на Рис. 1, відносяться:

а) діаметр зовнішньої поверхні прискорюючого каналу Dн, що визначає тип моделі двигуна (М-70, М-100, М-140, М-200, М-290);

б) середній діаметр розрядної камери D;

в) ширина каналу bк;

г) довжина каналу lk;

д) товщина вихідних кромок розрядної камери ;

Рис.1.3.1 Розміри конструктивної схеми рушія СПД

Для загальної характеристики конструкції двигуна використовуються також габаритні розміри Dу і lу, внутрішній діаметр

зовнішнього полюсного накінечника

(1.3.1)

і діаметр внутрішнього полюсного накінечника

(1.3.2)

Як основна задача розрахунку розглядається задача за визначенням сукупності значень перерахованих розмірів, а також параметрів магнітної системи (кількість ампер-витків і розміри елементів магнітопровода) які забезпечують виконання заданих вимог. Перераховані розміри визначаються з використанням величини середнього діаметра рушія, що повинне забезпечити ідентичність відносного розподілу потенціалу і інших локальних параметрів в РК та забезпечити виконання умов подібності процесів іонізації і прискорення робочої речовини (РР) в РК. В наслідок цього ми бачимо ідентичність інтегральних характеристик моделей різного маштабу у подібних умовах роботи. Як критерій подібності використовується умова

(1.3.3)

де - середня довжина пробігу атома РР до іонізації;

- масова витрата РР через канал з площею прохідного перетину Sk. Сталість

цього співвідношення за інших рівних умов обмежує, зокрема, мінімальну величину концентрації () РР в РК і, дозволяє визначити мінімальне значення масової витрати, необхідної для ефективної іонізації і прискорення РР в рушію. У разі використовування Ксенону як РР для досягнення прийнятного тягового КПД умова мінімальної масової витрати має вигляд.

(1.3.4)

Сумарна масова витрата двигуна визначається як.

(1.3.5)

.

За умови, що сумарна масова витрата визначається витратами через анодний блок - m_anod і через катод -m_katod, приймаємо в першому наближенні, що

тоді витрати через анодний блок для того, що розглядається ТЗ визначаємо як:

(1.3.6)

Виходячи з обмеження на мінімальну величину масової витрати

,

визначаємо значення середнього діаметра:

(1.3.7)

На основі аналізу накопиченого досвіду по розробці і експлуатації СПД визначені співвідношення основних геометричних розмірів рушія з тим щоб при різних значеннях масових витрат і потужності досягався режим роботи СПД близький до оптимального: ширина прискорюючого каналу

;

товщина вихідної кромки розрядної камери

;

протяжність прискорюючого каналу

, , , .

Зовнішній діаметр прискорюючого каналу визначається як:

(1.3.8)

Внутрішній діаметр прискорюючого каналу визначається як:

(1.3.9)

Габаритні розміри двигуна визначаються як

(1.3.10)

(1.3.11)

1.3.2 Визначення тягової і кінетичної потужностей струменя іонів

Тягову потужність струменя іонів визначаємо по формулі:

(1.3.12)

Кінетичну потужність іонного потоку на виході з РК визначаємо по формулі:

(1.3.13)

де залежно від сорту РР і розрядної напруги коефіцієнти: - характеризує розкид кута вильоту іонів відносно осі СПД; - розкид іонів по енергії. Більший розкид відповідає меншій напрузі . Приймаємо

, і для Хе в діапазоні U_rozr=200…300 (B) [2, 4].

Тоді величина кінетичної потужності струменя іонів:

(1.3.14)

1.3.3 Визначення протяжності шару іонізації РТ

Товщину шару іонізації РР, вибираємо такою щоб ймовірність іонізації РР була не менше 95%. Тоді згідно [2, 4]

(1.3.15)

де - середня довжина пробігу атома до іонізації ударом електрона; - середня, на всій довжині шару іонізації, швидкість руху атомів РР уздовж РК, визначається температурою анода;

[2]

- коефіцієнт швидкості іонізації атома Хе при перерізі іонізації і швидкості електронів ;

- добуток концентрації електронів на коефіцієнт швидкості іонізації;

- стала Стефана-Больцмана;

Та=800...1000 К - діапазон температури анода при розрядній напрузі від 150 до 350 В;

- потенціал іонізації атома Ксенону;

- одиничний заряд; Sk - площа поперечного перерізу прискорюючого каналу.

Площу поперечного перерізу прискорюючого каналу визначаємо по формулі:

(1.3.16)

Підставляючи отримані раніше значення, визначаємо

.

Визначаємо протяжність шару іонізації:

.

Вважаючи, що 95% РР іонізується, а потім і прискорюється у вигляді іонів різницею потенціалів , зосередженою по довжині шару іонізації до середньої швидкості визначаємо концентрацію електронів виходячи з умови нерозривності потоку маси в РР

(1.3.17)

де

- маса іона Ксенону;

- перепад потенціалу в шарі іонізації при потенціалі іонізації ксенону -

.

Підставляючи отримані раніше значення, одержуємо

.

Розрахована концентрація електронів відповідає режиму роботи двигуна близькому до оптимального.

1.3.4 Розрахунок розрядного струму і напруги розряду

Розрядну напругу визначаємо з урахуванням "еквівалентної різниці потенціалів" ділянки, на якій переважно відбувається прискорення іонного потоку, прикатодного падіння потенціалу , а також суми перепадів потенціалу поблизу анода і перепаду потенціалу в шарі іонізації , - падіння напруги на котушках, в першому приближенні не враховується, так як у нас невідомий опір дроту і розрядний струм.

(1.3.18)

Еквівалентна різниця потенціалів, яка визначає прискорення іонів, обчислюється по формулі:

(1.3.19)

де - коефіцієнт акомодації енергії іонів поверхнею стінки приймається ; - струмовий еквівалент масових витрат; - коефіцієнт, що враховує частку іонного струму, що випадає на стінки РК протягом (див. Рис. 2.2) шару іонізації

Рис.1.3.2 - Локалізація шару іонізації та прискорення в РК рушія

- кут повороту профілю РК після приробітки ,

---- - профіль РК на час закінчення проектувального періоду роботи рушія СПД і прискорення (ШІП) - ; - кінетична потужність струменя іонів. Коефіцієнт розраховується по емпіричній формулі

(1.3.20)

Величина може бути визначена на основі аналізу експериментальних даних, отриманих з використанням СПД різних типорозмірів. Результати аналізу указують на те, що ШІП займає область РК в якій радіальна складова індукції магнітного поля на середній лінії каналу

(див. Рис. 1.3.2).

Вважаючи, що величина магнітного поля значно спадає протягом по експоненціальній залежності величина може бути визначена з достатньою точністю із співвідношення

(1.3.21)

де - максимальна (поблизу виходу з РК) величина індукції магнітного поля на середній лінії прискорюючого каналу (визначається далі), а - протяжність прискорюючого каналу, визначена раніше.

Величину визначаємо умовами, необхідними для забезпечення азимутного дрейфу електронів в РК і прямо-пролітного руху іонів

- для ларморовських радіусів електрона та іона повинні виконуватися співвідношення

і .

При цьому експериментальними даними про інтегральні характеристики СПД різних типорозмірів підтверджено, що для режимів

близьких до оптимальних виконується співвідношення

(1.3.22)

Тоді підставляючи визначені раніше значення і , обчислюємо

.

і протяжність ШІП:

.

Підставивши значення визначимо:

.

Струмовий еквівалент масових витрат розраховуємо з урахуванням визначеного раніше значення масових витрат по формулі

(1.3.23)

.

Розрахуємо еквівалентну різницю потенціалів:

.

Визначаємо розрядну напругу

.

Величину розрядного струму визначаємо по формулі:

.

Перевіряємо співвідношення

(1.3.24)

(1.3.25)

оцінюючи напруженість електричного поля як

(1.3.26)

При розраховуємо і ,

що підтверджує виконання умов "намагнічування" електронів і прямо-пролітного руху іонів в РК в схрещених електричному і магнітному полях.

1.3.5 Розрахунок к.п.д. і ресурсу рушія

Розрядну потужність розраховуємо як

(1.3.27)

Ціну тяги визначаємо по формулі

(1.3.28)

Визначаємо тяговий КПД по формулі

(1.3.29)

Далі розраховуємо параметри, що визначають ресурс двигуна. Розраховуємо період приробітки РК двигуна, протягом якого відбувається зниження і стабілізація швидкості ерозії вихідних кромок РК потоком іонів

(1.3.30)

де - величина струму іонів, що бомбардують стінку РК.

(1.3.31)

де

- об'ємний коефіцієнт розпилення поверхні стінок РК (матеріал БГП -10 ) іонами Хе при розрядній напрузі 300 В [2-4].

.

Товщина кромки розрядної камери, яка розпилюється іонами за довільний час , визначається залежністю:

(1.3.32)

де - константа.

Товщину кромки розрядної камери , яка розпилюється іонами за час (протягом якого відбувається зниження швидкості ерозії через поворот профілю ділянки РК, що еродує, на кут

 [2], обчислюємо по формулі:

(1.3.33)

де - довжина ділянки (див. Рис. 2.2), що еродує, відповідає протяжності ШІП в РК двигуна; приймається .

Розраховується величина:

.

Визначаємо константу - глибина ерозії за період прироблення РК.

.

Розраховуємо товщину стінки РК, необхідну для забезпечення необхідного ресурсу роботи двигуна

.

Для того, щоб рушій міг функціонувати протягом заданого ресурсу часу, величина повинна бути менше ніж товщина вихідних

кромок розрядної камери . Перевірка цього припущення показує, що

,

.

Тобто вимога по забезпеченню заданого ресурсу роботи РК СПД виконана.

1.3.6 Розрахунок елементів магнітної системи СПД

Магнітна система спроектована таким чином, що в кільцевому прискорюючому каналі реалізується переважно радіальне магнітне поле. Високий ККД СПД вдається отримати у тому випадку, коли анод розташований в області каналу, де а зріз каналу - в області максимуму

.

Оптимальним режимам роботи двигуна відповідає конфігурація силових ліній магнітного поля близька до симетричної відносно серединної поверхні каналу проте для розрахунку елементів магнітної системи в першому наближенні достатньо знати розподіл радіальної компоненти індукції магнітного поля лише на серединній поверхні каналу. Для створення на зрізі каналу заданої величини індукції магнітного поля Вr_max (яка забезпечує режим роботи СПД близький до оптимального) необхідно визначити число витків котушок намагнічення. З цією метою проводиться наступний розрахунок.

Записується система рівнянь з використанням першого і другого законів Кірхгофа для вузлів а, b, с, d і контурів магнітного ланцюга (див. рис. 1.3.3, 1.3.4, 1.3.5):

(1.3.34)

де - потік магнітного поля (Вб), - МРС внутрішньої або зовнішньої котушки (Вб/Гн), Ri - опір магнітному потоку на i-тій ділянці.

Шуканими величинами є . Величину визначаємо формулою

(1.3.35)

де - розрядний струм, - число витків i-ї магнітної котушки.

Рис.1.3.3 - Схема магнітної системи СПД

енергорушійна установка космічний апарат

На основі узагальнення експериментальних даних про оптимальну топологію магнітного поля в РК визначаємо співвідношення числа витків внутрішньої і зовнішньої котушок

(1.3.36)

де - кількість витків внутрішньої котушки, - кількість витків зовнішньої котушки. Виразимо через , отримаємо:

Тоді підставляючи відомі значення:

,

.

Для розрахунку елементів магнітопровода в першу чергу необхідно визначити потік Ф3, оскільки саме ця величина дозволяє розрахувати кількість витків N1 і N2. Величина потоку Ф3 може бути визначена як інтеграл від магнітної індукції Br через умовну циліндричну поверхню з діаметром D і протяжністю ділянки lk всередині і за межами РК. Умовно спрощуючи симетричну схему магнітної системи розглядаємо одну четверту частину магнітної системи.

Рис. 1.3.4 - Направлений потік вектора індукції магнітного поля в зазорах між полюсами магнітної системи СПД

Рис. 1.3.5 - Позначення та розміри магнітної системи СПД. Цифрами від 1 до 7 позначені ділянки ланцюга магнітопровода

(1.3.37)

Підставляючи значення, одержуємо величину потоку через повітряний міжполюсний зазор

.

Опори ділянок ланцюга, що складаються з послідовно сполучених елементів завдовжки , площею перетину і магнітною проникливістю матеріалу , визначаємо таким чином:

(1.3.38)

(1.3.39)

де - магнітна стала.

Опори елементів кожної з ділянок визначаються аналогічно наступному елементу

(1.3.40)

де опір сердечника внутрішньої котушки завдовжки з діаметром .

(1.3.41)

де Опір ділянки 3-4 - стінки магнітопровода товщиною і завдовжки

(1.3.42)

де опір ділянки 5-6 - полюсного наконечника товщиною і завдовжки

(1.3.43)

де опір ділянки 1-2 - стінки магнітопровода товщиною і завдовжки

(1.3.44)

де опір ділянки 7-8 - полюсного наконечника товщиною і завдовжки

(1.3.45)

де опір сердечника зовнішньої котушки завдовжки з діаметром .



(1.3.46)

де опір повітряного зазору між полюсами.

(1.3.47)

де опір внутрішнього магнітного екрану товщиною і завдовжки .

(1.3.48)

де опір зовнішнього екрану

(1.3.49)

де опір повітряного зазору з середньою товщиною і завдовжки між зовнішнім магнітним екраном і полюсним наконечником



(1.3.50)

де опір повітряного зазору товщиною і довжиною між внутрішнім магнітним екраном і полюсним накінечником

(1.3.51)

де опір ділянки 2-3 - стінки магнітопровода товщиною .

Результати аналізу інтегральних характеристик СПД різних типорозмірів указують на те, що для досягнення режимів роботи двигуна близьких до оптимальних повинні виконуватися співвідношення

(1.3.52)

(1.3.53)

(1.3.54)

Із конструктивних міркувань приймаємо

, ,

Враховуючи раніше введене співвідношення для . Характерні величини:

, , .

Розрахувавши кількість витків в котушці, отримуємо: N2=166, і N1=104.

Вважається, що прийнятна точність результатів розрахунку кількості витків досягається за умови, що напруженість магнітного поля Н в перерізі всіх елементів магнітопровода не перевершує величини

.

Так для сердечника внутрішньої котушки, підставляючи отримані раніше значення, знайдемо

(1.3.55)

Для намотування магнітних котушок вибирається мідний дріт в термостійкій ізоляції типу ПОЖМ.

Потужність, що затрачується на живлення котушок магнітної системи візьмемо основучись на експерементальних данних для таких типорозмірів рушіїв,

.

Ця потужність, переважно

затрачається на омічний нагрів дроту і визначається формулою

(1.3.56)

Опір дроту - .

Знаючи опір дроту, розрахуємо падіння напруги в котушках

(1.3.57)

отже потрібна розрядна напруга з урахуванням падінням потенціалу в котушках буде:

Визначаємо довжину дроту із співвідношення

,

Враховуючи, що дріт буде намотуватися не одним шаром то його довжина буде збільшуватися з кожним наступним шаром на , де - діаметр дроту

Визначимо довжину дроту для внутрішньої котушки

Аналогічно знайдемо довжину дроту для зовнішньої котушки

1.4 РОЗРАХУНОК СЗВРР

Блок системи подачі і зберігання робочого тіла призначений для зберігання і підготовки відповідного фазового стану, а також для дозування і подачі робочої речовини в рушій.

Вирішальними чинниками вибору типу СЗВРР є фізико - хімічні властивості робочого тіла, які забезпечують вимоги по тязі, питомому і сумарному імпульсах, а також умови його зберігання на Землі і використовування на борту космічного апарату.

Система зберігання і витрат, що займає основну частину об'єму рушійної установки, повинна мати мінімальні габарити і масу. Для виключення втрати робочої речовини її зручно зберігати в твердій або рідкій фазах.

Система зберігання і подачі повинна забезпечувати стабільний стан рідкої і парової фаз робочої речовини, як в умовах земного тяжіння, так і в невагомості, і забір його в систему подачі.

Таким чином, основні вимоги, що пред'являються до робочої речовини, полягатимуть в наступному:

а)максимальна густина;

б)неагресивність;

в)пожежо-вибухо-безпека;

г)мінімальні витрати на іонізацію;

д)висока чистота;

ж)хімічна стійкість.

Робоча речовина повинна бути екологічно чистою і забезпечена сировинною базою.

На підставі цих вимог проводиться вибір робочої речовини. В даному випадку робочою речовиною є газ Ксенон (Хе). Систему зберігання і подачі складається з трьох основних частин:

а)система зберігання;

б)система дроселювання;

в)система регулювання і розподілу.

Система зберігання забезпечує збереження робочої речовини в певному стані з моменту заправки протягом усього терміну зберігання і експлуатації РУ в заданих умовах.

Система дроселювання служить для зниження тиску робочої речовини, що поступає з бака, до певного рівня і підтримки його на цьому рівні в заданих межах.

Система регулювання і розподілу призначена для забезпечення заданої витрати речовини і подачі його в рушій.

1.4.1 Опис функціональної схеми СЗВРР

Система зберігання і витрат робочої речовини (СЗВРР), представлена на кресленні (ХАІ.440.08.БП.12.СГ.04) складається з бака (Б), заправного пристрою (ЗП), піроклапана (ПК), запобіжного клапана (ЗпК), електроклапана (ЕК), ресивера (РС), жиклера (Ж), термодроселя (ТД).

В бак робоча речовини поступає через заправний пристрій. Робоча речовина зберігається в газоподібному вигляді. Стан робочої речовини в баку контролює датчик температури і датчик тиску (ДТ) сигнали з яких поступають в систему управління (СУ) яка є блоком, що складається з різних датчиків, діодів, транзисторів і логічних елементів. Робоча речовина з бака потрапляє в систему подачі через піроклапан. Далі робоча речовина через електроклапан (ЕК) поступає в ресивер. Ресивер знижує тиск в системі подачі і згладжує пульсації та стабілізує потік газу. Тиск в ресивері контролюється датчиком тиску (ДД2) і датчиком температури Потім здійснюється дозування робочої речовини на катоди та на анод СПД.

Розглянемо проектувальний розрахунок бака, ресивера, жиклера, і термодроселя, що входять до складу СЗВРР.

1.4.2 Розрахунок бака

Бак за розмірами і масою складає найбільшу частину системи витрат робочої речовини. Вимоги до матеріалу і конструкції бака визначаються видом вибраної робочої речовини і схемою системи подачі. Основні вимоги до баків:

- мала маса;

- міцність і герметичність;

- корозійна стійкість;

- сумісність з вибраною робочою речовиною.

Залежно від способу подачі робочої речовини баки розділяються на типи:

1. Навантажені баки, які при роботі знаходяться під високим тиском.

2. Розвантажені баки, що не знаходиться під високим тиском при роботі рушія. Їх використовують при насосній подачі робочої речовини.

Форма бака визначається умовами компоновки. В даній роботі використовується бак сферичної форми. Бак покритий екранно-вакуумною ізоляцією. Подача робочої речовини здійснюється в ГРК за рахунок перепаду тиску. Як матеріал бака служить титановий сплав ВТ5, що має добру зварюваність і фізико-хімічні властивості:

,

- умовна межа повзучості матеріалу.

Таким чином, задамося необхідними параметрами для розрахунку СЗВРР, і розрахуємо об'єм бака і товщину його стінок

Для визначення об'єму бака, розрахуємо масу робочої речовини по формулі:

(1.4.1)

Оскільки бак не термостатований, приймемо його середню температуру 283К. Скориставшись рівнянням ван-дер Ваальса [5]

(1.4.2)

де , [5]

- коефіцієнти які залежать від природи газа, але не від температури.

Побудуємо графік залежності тиску РР від об'єму (рис.1.4.1) і визначимо об'єм та тиск у баці виходячи з умови



рис. 1.4.1 Графік залежності тиску РР від об'єму

Червона лінія описує залежність тиску від об'єму по р-ню ван-дер Ваальса, синя - похідна від р-ня ван-дер Ваальса, зелена - характеристики ксенону розраховані по рівнянню Мендєлєєва - Клапейрона.

,

Визначимо діаметри сферичного бака:

(1.4.3)

Визначимо мінімальну товщину стінки:

(1.4.4)

Маса конструкції бака рівна:

(1.4.5)

Маса заправленого газом бака рівна:

Знайдемо коефіцієнт складування робочої речовини , який показує в скільки разів маса заправленого бака більше маси робочої речовини:

(1.4.6)

Як видно з формули, величина не залежить від маси робочої речовини, а залежить від її густини, параметрів і властивостей матеріалу бака (міцності і густини). Кращою конструкцією бака вважається конструкція, у якої приймає якнайменше значення.

Слід врахувати те, що у використаних формулах нехтували зміною об'єму бака при розширенні матеріалу його конструкції при нагріванні.

1.4.3 Розрахунок проектних параметрів ресивера

Ресивер виконує задачу проміжної місткості в магістралі подачі газу, в якій підтримується тиск робочої речовини на заданому рівні. Ресивер служить для згладжування пульсацій тиску при подачі робочої речовини з бака і стабілізації параметрів газу в магістралі.

З бака газоподібна робоча речовина поступає в ресивер. Перед ресивером стоїть електроклапан, який відкриває доступ газу в ресивер. Електроклапан відкривається в тому разі коли тиск газу в ресивері впав нижче встановленого значення. Як тільки тиск в ресивері досягне необхідної величини, електроклапан закривається. Тиск в ресивері встановлюється завжди таким щоб він був завжди вищим за тиск в рушію. Величина задається системою управління для забезпечення витрати робочої речовини із заданою точністю. Система управління задає роботу СЗВРР так, щоб

.

При постійній витраті робочої речовини тиск в баці весь час змінюється.

При роботі двигуна, як правило, необхідно щоб використовувалась умова .

Маса робочого тіла в ресивері:

(1.4.7)

При одержуємо:

(1.4.8)

Час циклу визначається таким чином. З технічного завдання відомий загальний час роботи рушійної установки. Електроклапан перед ресивером має гарантоване виготівником число включень і виключень , яке, як правило рівне 100000. Враховуючи це, отримаємо:

(1.4.9)

Маса робочої речовини, що знаходиться в ресивері у момент його заповнення, визначатиметься як відношення маси робочої речовини, спожитої за один цикл, до коефіцієнта використання маси :

(1.4.10)

Скористуємося рівнянням Мендєлєєва-Клапейрона

(1.4.11)

Температуру робочої речовини приймаємо рівну

,

а тиск в ресивері в початковий момент часу приймемо

(1.4.12)

Для ресивера вибираємо циліндричну форму

Розрахунок на міцність стінки ресивера, як правило, не проводиться. Як показує досвід, товщина стінки 0,1 мм цілком задовольняє умовам експлуатації ресивера і забезпечує стійкість його форми. Виходячи з вищесказаного, вибираємо товщину стінки

1.4.4 Розрахунок термодроселя

Термодросель є основним елементом блоку газорозподілу. В ньому використовують залежність витрати газу від його температури при заданому перепаду тиску і геометрії капілярної трубки. Температура газу, у свою чергу, залежить від величини струму що пропускається через трубку.

Секундна масова витрата термодроселя:

(1.4.13)

де - діаметр капіляра,

;

- середній тиск в термодроселі,

- довжина капіляра;

- перепад тиску в капілярі

Звідси знайдемо довжину капіляра:

(1.4.14)

де [6]

- коефіцієнт в'язкості ксенону при даній температурі;

1.4.5 Розрахунок жиклера

Перепад тиску системи подачі відбувається в жиклері, який є набором пластинчатих шайб з отвором, що калібрується. Між пластинами встановлені шайби-прокладки, які утворюють камери. Таким чином створюється поступове пониження тиску по ходу газу.

Максимально можлива масова витрата газа в жиклері визначається так:

де - приведена площа жиклера;

- тиск газу на вході в жиклер,

, ;

k - показник адіабати для одноатомних газів, k=5/3;

Дана формула описує витратну характеристику жиклера залежно від властивостей робочої речовини і конструктивних особливостей блоку жиклера.

Звідси ми можемо знайти приведену площу жиклера:

Знайдемо діаметр отвору жиклера:

1.5 РОЗРАХУНОК НА НАДІЙНІСТЬ

1.5.1 Розрахунок структурної надійності СЗВРР

Задача, спроектувати СЗВРР, яка б забезпечувала ймовірність безвідмовної роботи

Схемна надійність - здатність виробу виконувати задані функції в заданий проміжок часу і за заданих умов за наявності відмови одного або декількох елементів.

Метод підвищення надійності, при якому в систему вводяться додаткові елементи, отримав назву «резервування». Частіше всього розрахунок на надійність проводять з урахуванням наступних умов:

1)жоден з показників системи (маса, габарити, вартість і т.д.) не повинен перевищувати допустимий, а надійність повинна бути максимальною;

2)ймовірність безвідмовної роботи повинна не бути нижче тієї, яка задана. Складаємо схему для розрахунку на структурну надійність системи зберігання та витрат робочої речовини (СЗВРР):

Рис 1.5.1 Схема нерезервованої СЗВРР

ДТ - датчик тиску;

ДТc - датчик температури;

Ж-Р - жиклер;

ЗП - заправний пристрій;

РТ - редуктор тиску;

ПК - піроклапан;

ТД - термодросель;

Ф - фільтр;

ЕК - електроклапан;

ЕРРУ - електрореактивна рушійна установка;

РУ - рушійна установка;

Початкові дані для розрахунку приведені в табл. 5.1

Табл. 5.1

№,i	Елемент	Ймовірність безвідмовної роботи	Інтенсивність відмов	Маса елемента, кг	Час роботи елемента t, год
1	Бак + Заправний пристрій	0,99998	0,8	2,3+0,2=2,5	77766
2	Датчик температури	0,9978	0,5	0,015	77766
3	Датчик тиску	0,9912	0,9	0,02	77766
4	Піроклапан	0,9962	2,7	0,06	77766
5	Фільтр	0,99973	4,39	0,02	77766
6	Жиклер	0,99213	1,59	0,01	77766
7	Електроклапан	0,99965	1,59	0,05	77766
8	Ресивер	0,999984	0,3	0,015	77766
9	Термодросель	0,9841	7,09	0,015	77766

Представлена на малюнку 5.1 схема має послідовно-паралельне з'єднання. Розіб'ємо схему на дві частини: послідовну (рис.5.2) і паралельну (рис.5.3). Визначимо ймовірність безвідмовної роботи послідовних ділянок:



Рис. 1.5.2 Послідовна частина

Визначимо ймовірність безвідмовної роботи на ділянках 1-10:

(1.5.1)

(1.5.2)

(1.5.3)

(1.5.4)

(1.5.5)

(1.5.6)

(1.5.7)

(1.5.8)

(1.5.9)

(1.5.10)

Тепер визначимо ймовірність безвідмовної роботи паралельної частини, яка складається з ряду послідовних ланцюгів, яка повинна забезпечувати ймовірність безвідмовної роботи

Рис. 1.5.3 Паралельна частина

Ймовірність безвідмовної роботи послідовних ділянок знайдемо за формулами:

(1.5.11) (1.5.12)

(1.5.13) (1.5.14)

При паралельному з'єднанні ймовірність безвідмовної роботи рахується за формулою[7]:

(1.5.15)

(1.5.16)

Обчислюємо безвідмовність роботи всієї системи, що зображена на малюнку 5.3:

(1.5.17)

Отже,, тобто надійність паралельної ділянки задовольняє установленим вимогам.

Знайдемо ймовірність безвідмовної роботи не резервованої СЗВРР:

(1.5.18)

Маса нерезервованої системи

Надійність нерезервованої системи не задовольняє ТЗ.

Необхідно підвищити надійність СЗВРР до рівня заданої, для чого проведемо резервування деяких елементів. До кожного елемента послідовної ділянки додамо по одному резервному і перевіримо надійність системи заново.

1.Холодний резерв.

(1.5.19)

2.Гарячий резерв.

(1.5.20)

3.Гарячий резерв.

(1.5.21)

4.Гарячий резерв.

(1.5.22)

5. Гарячий резерв.

(1.5.23)

6. Холодний резерв.

(1.5.24)

7. Холодний резерв.

(1.5.25)

8. Холодний резерв.

(1.5.26)

9. Гарячий резерв.

(5.27)

10. Гарячий резерв.

(1.5.28)

Знайдемо ймовірність безвідмовної роботи резервованої СЗВРР:

(1.5.29)

Розрахуємо ефективність резервування системи за рахунок кожного елемента окремо, прийнявши за критерій оптимізації окремий приріст ймовірності

(1.5.30)

безвідмовність системи на одиницю маси

1. (1.5.31)

2. (1.5.32)

3. (1.5.33)

4. (1.5.34)

5. (1.5.35)

6. (1.5.36)

7. (1.5.37)

8. (1.5.38)

9. (1.5.39)

10. (1.5.40)

Доцільно проводити резервування елементів з найбільшим значенням . Максимального значення в результаті розрахунку має фільтр, електроклапан і піроклапан Резервування бака та ресивера спричиняє собою збільшення маси конструкції, що украй небажано. Таким чином, не проводитимемо резервування бака і ресивера, але зарезервуємо піроклапан, фільтр та електроклапан. З урахуванням того, що подвійне резервування не дало результатів, які б задовольняли ТЗ, зарезервуємо (відповідно з розрахунками ) ще по одному разу фільтр електроклапан, і електроклапан із магнітною защіпкою.

(1.5.41)

(1.5.42)

(1.5.43)

Після проведеного резервування знайдемо ймовірність безвідмовної роботи системи:

(1.5.44)

Маса резервованої системи

Приріст маси склав

Приріст надійності склав

Отже, значить, після резервування СЗВРР має достатню ймовірність безвідмовної роботи.

Остаточний варіант СЗВРР представлений на малюнку 1.5.4

Рис. 1.5.4 Остаточний варіант СЗВРР

1.5.2 Розрахунок на міцність розрядної камери СПД

Діелектрична камера є елементом СПД, який працює тривалий час в умовах високих температур і температурних градієнтів. Метою даного розрахунку є знаходження запасу міцності діелектричної камери. Для нормальної роботи, коефіцієнт запасу міцності повинен бути не менше 1,1 - 1,2. Діелектрична камера має форму двох концентричних циліндрових оболонок невеликої товщини. Для проведення розрахунку введемо деяке умовне спрощення: з'єднання стінок камери з рештою елементів конструкції рушія представимо по схемі «шарнірна опора». Розрахункова схема матиме вигляд:

Рис. 1.5.1 Розрахункова схема РК

Задамося початковими значеннями для розрахунку:

матеріал камери АБН-1;

;

;

;

;

;

;

Деформація оболонки при тепловому навантаженні:

(1.5.1)

Пружна деформація в результаті теплового навантаження виникає через обмеженість деформацій:

(1.5.2)

Температура по довжині оболонки розподіляється по квадратичному закону:

(1.5.3)

З умови при , при ,

одержуємо розподіл температури по довжині оболонки.



Рис. 1.5.2 Розподілення температури по довжині оболонки

Для розрахунків використовуємо градієнт температури (Рис. 1.5.2):

(1.5.4)

Рис. 1.5.3 Градієнт температури по довжині оболонки

Якби оболонка не мала закріплення, то її деформація б була рівна деформації вільної оболонки:

(1.5.5)

Оскільки оболонка закріплена, то деформуємо її кінець на величину і знаходимо, яке зусилля - перерізаючу силу в місці закладення, необхідно прикласти. Для цього розв'язуємо диференціальне рівняння:

(1.5.6)

з граничними умовами:

;

Після розв'язання маємо:

(1.5.7)

Величину можна визначити з виразу:

(1.5.8)

(1.5.9)

Знаходимо шукану деформацію

(1.5.10)

(1.5.11)

Знаходимо другу похідну від пружної деформації:

(1.5.12)

Знаходимо напруги в оболонці від вигину:

(1.5.13)

Окружні напруги в оболонці можна знайти по формулі:

(1.5.14)

(1.5.15)

Величина запасу міцності оболонки визначається як:

(1.5.16)

Знаменник у формулі - це узагальнена напруга в оболонці, знаходиться по формулі:

(1.5.17)

Для розрахунків використовуємо програму, написану при допомозі ПЗ Mathcad(див. Додаток А). Будуємо графіки залежності розподілу окружних напруг по довжині оболонки, напруги в оболонці від вигину, окружні напруги в оболонці, узагальнені напруги в оболонці.

Рис. 1.5.4 Графік розподілення окружних напруг по довжині оболонки



Рис. 1.5.5 Напруги в оболонці від вигину

Рис. 1.5.6 Окружні напруги в оболонці



Рис. 1.5.7 Узагальнені напруги в оболонці

Як бачимо із Рис. 1.5.7, максимальне виникає при :

Для матеріалу АБН-1 , звідки коефіцієнт запасу міцності рівний:

(1.5.18)

Висновок: величина розрахованого коефіцієнта запасу міцності достатня для забезпечення заданої міцності діелектричної камери СПД.

1.5.3 Розрахунок фізичної надійності РК

Надійність - властивість виробу виконувати задані функції, зберігаючи свої експлуатаційні показники в заданих межах протягом необхідного проміжку часу або необхідного напрацювання.

Надійність виробу складається з великого числа складових; тут розглядається тільки фізична, тобто безвідмовність протягом заданого часу, забезпечувана запасом міцності виробу. Математично надійність виражається через ймовірність безвідмовної роботи конструкції і записується у вигляді Р=ймов.{U>0}, де U = ув- ум - функція не руйнування.

Діелектрична камера СПД виготовлена із матеріалу АБН-1. Для визначення фізичної надійності прискорюючого каналу рушія скористаємося наступною формулою:

(1.5.19)

де ув межа міцності матеріалу прискорюючого каналу СПД, ув=180МПа;

уі - еквівалентна напруга в найбільш навантаженій точці, уі=26,95МПа;

- середньоквадратичне відхилення еквівалентної напруги в найбільш навантаженій точці;

Квантиль розподілення будемо шукати по формулі:

(1.5.20)

Середньоквадратичне відхилення межі міцності матеріалу прискорюючого каналу СПД можна визначити на формулою:

ууВ=0,01уВ,

ууВ=0,01?180=1,8 (МПа).

Середньоквадратичне відхилення еквівалентної напруги в найбільш навантаженій точці визначаємо за формулою:

(1.5.21)

Середньоквадратичне відхилення лінійних розмірів визначаємо по емпіричній залежності:

(1.5.22)

де, - допуск на розмір деталі.

Звідси - середньоквадратичне відхилення довжини прискорюючого каналу СПД,

;(1.5.23)

- середньоквадратичне відхилення товщини прискорюючого каналу СПД,

(1.5.24)

- середньоквадратичне відхилення радіуса прискорюючого каналу СПД,

(1.5.25)

Для знаходження середньоквадратичного відхилення еквівалентної напруги і квантиля розподілення скористаємося ПЗ MathCAD. Зробивши відповідні перетворення знайдемо приведену функцію Лапласа за формулою:

(1.5.26)

Зробивши наступні перетворення отримаємо результат:

=0,49998(1.5.27)

Фізична надійність прискорюючого каналу СПД рівна:

Р=0,5+0,49998=0,99998.

1.6 ОПИС СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ ЕУ і РУ

На кресленні ХАІ.440.08.БП.12.СГ.06 представлена структурна схема рушійної установки космічного літального апарату.

На структурній схемі представлені наступні елементи

1.Система керування рушійною установкою (СКРУ);

2.Система електроживлення (СЕЖ);

3.Система перетворення напруги для (ЕРРУ);

4.Система зберігання та витрат робочої речовини (СЗВРР);

5.Рушійний блок (РБ).

СК здійснює контроль над елементами рушійної установки. СЕЖ перетворює електромагнітну енергію Сонця в електричну. Система перетворення напруги розподіляє електричну енергію по елементам рушійної установки. РБ призначений для орієнтації літального апарату

в космічному просторі. СЗВРР забезпечує зберігання робочого тіла (в даному випадку це Ксенон) під час польоту і подальшу його подачу в РБ. СЗВРР складається з бака (Б), заправного пристрою (Зп), фільтру (Ф), піроклапана (ПК), електроклапанів (ЕК), ресивера (РС) і жиклерів (Ж).

В бак робоча речовина поступає через заправний пристрій. Робоча речовина зберігається в газоподібному вигляді при тиску . Стан робочої речовини в баку контролює датчик температури (ДТс) і датчик тиску (ДТ). Робоча речовина з бака потрапляє в систему подачі через піроклапан і фільтр, який пропускає робочу речовину в систему подачі. Далі робоча речовина через електроклапан поступає в ресивер. Ресивер згладжує пульсації і стабілізує потік газу. Потім, через електроклапани за допомогою жиклерів (Ж) здійснюється дозування робочої речовини на катод і на анод СПД.

1.7 РОЗРОБКА ЕНЕРГОУСТАНОВКИ

Початкові дані для розробки конструкції БФ візьмемо з курсової роботи по курсу «Основи теорії ПП і ЕУ» дані, отримані виведемо у вигляді таблиці 1.7.1. В таблиці представлені основні енергетичні показники фотоелектричної батареї.

Таблиця 1.7.1

Потужність БФ , (Вт)	7084
Довжина фотоелемента , (м)	0,028
Ширина фотоелемента , (м)	0,01
Напруга на виході фотоелемента ,(В)	0,88
Сила струму в фотоелементі , (А)	0,067
Потужність фотоелемента , (Вт)	0,05
ККД фотоелемента ,(%)	16,1
Кількість паралельно з'єднаних елементів у модулі	933
Кількість послідовно з'єднаних елементів у модулі	38
Кількість паралельно з'єднаних модулів у секції	187
Кількість послідовно з'єднаних модулів у секції	748

В першому наближенні площа фотоелектричної батареї визначається на підставі значень питомої потужності фотоелектричної батареї різного типу за формулою:

(1.7.1)

де - питома потужність фотоелектричної батареї з кремнієвих перетворювачів (приймаємо з умов стандартного рівня освітленості і робочої температури фотоелектричної батареї в сонячному позаатмосферному спектрі (E0=1320 Вт/м2).

...