ТЕХНІЧНА МЕХАНІКА
ISSN 1561-9184 (друкована версія), ISSN 2616-6380 (електронна версія)

ГОЛОВНА    ПРО ЖУРНАЛ    РЕДКОЛЕГІЯ    АВТОРАМ    ПОТОЧНИЙ ВИПУСК    АРХІВ    КОНТАКТИ

УДК 629.7.063.2

Технічна механіка, 2023, 3, 124 - 136

УДОСКОНАЛЕННЯ МЕТОДІВ НАГРІВУ КСЕНОНУ ДЛЯ ЗАПОБІГАННЯ ПОТРАПЛЯННЮ РІДКОЇ ФАЗИ РОБОЧОЇ РЕЧОВИНИ ДО СИСТЕМИ ПОДАЧІ

DOI: https://doi.org/10.15407/itm2023.03.124

Юрков Б. В., Асмоловський С. Ю.

Юрков Б. В.
Дніпровський національний університет імені О. Гончара,
Україна

Асмоловський С. Ю.
Дніпровський національний університет імені О. Гончара,
Україна

      Серед різноманітних типів двигунних установок найбільш поширеними стають електрореактивні двигунні установки холлівського типу. Це пов’язано з тим, що використання холлівського двигуна дозволяє отримати високі значення характеристик двигунної установки при простоті конструкції у порівнянні з іншими типами двигунних установок. Для електрореактивних двигуних установок холлівського типу основною робочою речовиною є ксенон, оскільки він має досить високу атомну вагу, низьку енергію іонізації і є інертним газом, що дає змогу отримати високі характеристики двигунної установки при простоті її експлуатації. Використання ксенону у якості робочої речовини має особливість у зв’язку з його критичною температурою (289,74 K), що призводить до появи рідкої фази у балоні і, відповідно, стрибкам тиску, що унеможливлює використання системи подачі робочої речовини. Для виключення потрапляння рідкої фази ксенону до ресивера у електрореактивних двигунних установках використовують нагрівачі, що розміщуються на балоні з ксеноном та підтримують його температуру у заданому діапазоні. Проте даний підхід має наступні недоліки: низька теплопровідність композитних балонів погіршує передачу тепла від нагрівачів до ксенону; прогрів всього балона перед запуском двигуна збільшує час підготовки двигунної установки до запуску, а постійне підтримання температури балона призводить до збільшення енергоспоживання двигунною установкою; недоцільність підтримання температури усього запасу ксенону в той час, як за одне включення двигуна витрачається лише декілька грамів ксенону. Проблема, яка вирішувалась в даній роботі, полягає у зміні підходу до нагріву робочої речовини, яка поступає у систему подачі. Аналіз літературних джерел показав, що зазначена проблема є актуальною і має шляхи до удосконалення існуючих методів. Для вирішення зазначеної проблеми були проведені теоретичні розрахунки, які були перевірені експериментальним шляхом. В результаті досліджень було запропоновано методику розрахунку газифікатору, який підтримує температуру робочої речовини, що поступає в ресивер, у діапазоні від 293 К до 298 К, що усуне можливе потрапляння рідкої фази ксенону до ресивера системи подачі. Дослідження дозволяють використовувати запропонований конструктивний елемент (газифікатор), замість нагрівачів балону, що значно знижує споживану потужність і підтримує стабільну роботу системи подачі робочої речовини. Висновки, отримані за результатами досліджень, можуть бути корисними для більшості розробників систем зберігання і подачі електрореактивних двигунних установок.
     

система зберігання робочої речовини, електрореактивна двигунна установка, ксенон, методика розрахунку газифікатора

1. Chiasson T. M. Modeling the Characteristics of Propulsion Systems Providing Less Than 10 N Thrust. 2012. Thesis (S.M.)-Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Aeronautics and Astronautics. URL: https://dspace.mit.edu/handle/1721.1/76096 (дата звернення: 10.08.2023).

2. Tirila V.-G., Demaire A., Ryan C.-N. Review of alternative propellants in Hall thrusters. Acta 2. Astronautica. 2023. V. 212. P. 284–306. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2023.07.047

3. Фастовский В. Г., Ровинский А. Е., Петровский Ю. В. Инертные газы. Издание. 2. Атомиздат, 1972. 352 с.

4. Lee E., Lee H., Moon Y., Kang S., Kim Y., Jeong Y., Yoon H., Son M., Amer Mohammad Al Sayegh, Mar Luengo Cerron. Development of Robust and Affordable Xenon Feed Unit for Hall Effect Propulsion Systems. Space propulsion, 2018. SP2018_00007. URL: https://www.researchgate.net/publication/325708264_Development_of_Robust_and_Affordable_Xenon_Feed_Unit_for_Hall_Effect_Propulsion_Systems (дата звернення: 11.08.2023).

5. Soria-Salinas A., Zorzano M.-P., Martin-Torres J., Sanchez-Garcia-Casarrubios J., Perez-Diaz J.-L., Vakkada-Ramachandran A. A Xenon Mass Gauging through Heat Transfer Modeling for Electric Propulsion Thrusters. International Journal of Mechanical, Aerospace, Industrial, Mechatronic and Manufacturing Engineering. 2007. V. 11, No 1. https://doi.org/10.5281/zenodo.1339694

6. Михеев М. А., Михеева И. М. Основы теплопередачи. Издание второе, стереотип. Москва: «Энергия», 1977. 344 с.

7. Бухмиров В. В. Расчет коэффициента конвективной теплоотдачи (основные критериальные уравнения). Методические указания к выполнению практических и лабораторных работ. URL: https://studfile.net/preview/6812651/ (дата звернення: 11.08.2023).

8. NIST Chemistry WebBook, SRD 69. URL: https://webbook.nist.gov (дата звернення: 11.08.2023).

Copyright (©) 2023 Юрков Б. В., Асмоловський С. Ю.

Copyright © 2014-2023 Технічна механіка