Разработка двигательной установки на базе плазменно-ионного движителя

Содержание

Введение

1. Конструкторская часть

1.1 Принцип действия движителя

.2 Разработка функциональной схемы основных элементов ДУ

.3 Расчеты

1.3.1 Расчет эксплуатационных характеристик двигателя

.3.2 Расчет параметров ИОС ПИД

.3.3 Расчет характеристик ИОС

.3.4 Расчет характеристик КИ

.3.5 Расчет магнитной системы

.3.6 Результаты расчетов основных параметров ПИД

.3.7 Расчет коэффициента полезного действия ПИД

.3.8 Расчет бака

.3.9 Температурные напряжения в оболочке с жестким защемлением

.3.10 Расчет на структурную надежность ЭРДУ

1.4 Описание чертежей

2. Технологическая часть

2.1 Structural - technological part analysis

2.1.1 Part material and its properties

.1.2 Choosing the method of blank obtaining

2.2 Development of route manufacturing process

2.2.1 Designing of route machining plan

.2.2 Development of surface plan machining

2.3 Allowance and operational dimensions calculating

2.3.1 Main definitions and terms

.3.2 Calculation of allowances and operational dimensions at cylindrical surfaces machining

3. Экономическая часть

3.1 Расчет себестоимости детали

4. Безопасность жизнедеятельности

4.1 Вентиляция помещений

4.1.1 Естественная вентиляция

.1.2 Механическая вентиляция

Выводы

Перечень ссылок

Приложение

Введение

Развитие космических систем различного назначения позволяет в настоящее время ставить и решать многие народнохозяйственные, научно-технические и оборонные задачи непосредственно в космосе. Вот некоторые из них.

В интересах науки - это исследование свойств околоземного и межпланетного пространства, физической природы происхождения Луны, планет и Солнца с помощью орбитальных станций и автоматических аппаратов. Сюда же можно отнести исследование и контроль процессов, протекающих в космосе, изучение влияния деятельности Солнца и космических лучей на процессы в атмосфере Земли, наблюдение Земли из космоса.

В интересах народного хозяйства - это использование околоземного пространства для практических задач совершенствования связи, метеорологии, навигации, геодезии, разведки полезных ископаемых, мобилизации дополнительных сельскохозяйственных ресурсов.

Решение многих задач космонавтики связано с широким использованием космических электрореактивных двигательных установок (ЭРДУ). ионный двигатель электрореактивный деталь

Электрореактивные двигатели (ЭРД) открыли новое направление в космическом двигателестроении. ЭРД отличаются от существующих космических двигателей, работающих на химических топливах, более высокой экономичностью, но одновременно значительно меньшей тяговооружённостью. Вместе с тем разделение источников энергии и рабочего вещества в ЭРД и использование электромагнитного поля для ускорения рабочего вещества позволяет значительно (на один-два порядка) увеличить удельный импульс, а соответственно и экономичность ЭРД по сравнению с химическими реактивными двигателями. Это предопределяет области применимости ЭРДУ для космических летательных аппаратов с большими временами активного функционирования (5-10 лет).

Удельные массы современных космических энергоустановок достаточно велики, поэтому отношение силы тяги к массе космического корабля оказывается невысоким. Отличительной особенностью ЭРДУ является высокое значение удельных импульсов, т.е. высокая экономичность, возможность получения малых единичных импульсов, большой ресурс, большое число включений, по сравнению, например, с химическими реактивными двигателями. В плазменных и электростатических ускорителях рабочее вещество может быть разогнано до скоростей от десятков до сотен километров в секунду, что исключается в тепловых ускорителях.

Одним из основных классов электрических ракетных двигателей являются электростатические движители, к числу которых принадлежит и плазменный ионный движитель.

1. Конструкторская часть

 

.1 Принцип действия движителя

В ионных двигателях тяга создается в результате выброса в пространство положительно заряженных частиц рабочего тела (Xe) с последующей нейтрализацией их электронами. Такие двигатели называются электростатическими (ЭСД), так как ускорение частиц в них происходит в электростатическом поле.

Ионные двигатели имеют максимальный удельный импульс (50-250км/c) и обладают высоким коэффициентом полезного действия, но имеют сравнительно низкую лобовую тягу.

Ионные двигатели классифицируются:

по способу ионизации рабочего тела двигатели делятся на две группы: двигатели с поверхностной и двигатели с объемной ионизацией рабочего тела (выбираем двигатель с объемной ионизацией рабочего тела).

Двигатели с объемной ионизацией подразделяются на двигатели, в которых ионизация рабочего тела осуществляется осциллирующим разрядом, ионизацией в дуговом разряде токами сверхвысокой частоты и с ионизацией электродами при их азимутальном дрейфе;

по способу питания рабочим телом ионные двигатели делятся на несколько групп: с вытеснительной подачей рабочего тела инертным газом; с фитильной системой питания; с дозированием рабочего тела на основе электролитического принципа; с подачей рабочего тела собственным давлением насыщенных паров;

по конструкции ионно-оптической системы двигатели делятся на сеточные, пластинчатые, кольцевые.

Ввиду малых расходов рабочего тела система питания предусматривает тонкую регулировку расхода, которая осуществляется различными способами - капиллярным, клапанным, пористыми перегородками.[3]

Рабочее тело из системы хранения и подачи подается в газоразрядную камеру (ГРК), ионизируется в разряде, горящем между анодом и катодом. Из образовавшейся в объеме ГРК плазмы с помощью электродов ионно-оптической системы (ИОС) происходит отбор, фокусировка и ускорение ионов, которые создают тягу движителя. Для улучшения процесса ионизации в объеме ГРК создают магнитное поле, которое повышает КПД движителя. Ионный пучок на выходе из движителя нейтрализуется электронами, истекающими из катода-нейтрализатора. Электроны, эмитируемые катодом, ускоряются электрическим полем (возникающим благодаря приложенному напряжению на разряде) и сталкиваются с атомами, ионами и другими электронами. В таком разряде низкого давления обычно наблюдаются большие средние длины свободного пробега электронов.

Средняя энергия электронов зависит от их концентрации, напряженности магнитного поля. Она является основным фактором для эффективной работы движителя.

Параметры, определяющие энергию электронов, или, более точно, функцию распределения электронов по скоростям, служат основными параметрами плазмы.

Потенциал плазмы низкого давления такого типа с относительно развитым анодом по отношению к нему, обычно положителен. Так как около катодного слоя потенциал тоже положительный, электроны первоначально поступают в плазму с энергиями, слегка превышающими разрядное напряжение.

Столкновения между электронами или неупругие столкновения первичных электронов с атомами или ионами приводят к перераспределению их энергии. Электроны, получившиеся в процессе ионизации или термолизации первичных электронов рассматривают как вторичные, которые обычно имеют максвелловскую функцию распределения. В ПИД первичные и вторичные электроны находятся совместно. Хотя концентрация первичных электронов мала (меньше 10% суммарной концентрации электронов), около половины всех актов ионизации происходит обычно при их участии.

Ионизация происходит в основном из основного состояния, реже из метастабильных и совсем редко из остальных возбужденных состояний, так как время перехода меньше времени столкновений электрон - атом.

Движение ионов определяется главным образом потенциалом плазмы.

Ион - ионные столкновения не важны. Ионы ускоряются в основном в направлении градиента потенциала плазмы. Так как все ионы в заданной точке двигаются в одном общем направлении, столкновения должны мало влиять на движение иона. Часть ионов течет к ускоряющим электродам, пересекает плазменный слой около экранирующего электрода и, ускоряясь напряжением в несколько киловольт, покидает электроды ионно-оптической системы, создавая тягу движителя. Оставшийся поток ионов идет на анод, кожух, экранирующий электрод и катод. Достигая стенок, ионы рекомбинируют и превращаются в атомы, которые испаряются, образуя виртуальный источник рабочего тела.

Ионные двигатели предназначены для маршевого и межорбитального полета в космическом пространстве. Эти двигатели незаменимы как двигатели коррекции спутников, их также можно использовать как движители ориентации орбиты.

1.2 Разработка функциональной схемы основных элементов ДУ

Функциональная схема (ХАИ.441П.05.ДУ.03.СХ.00) является более подробной чем структурная и кроме взаимосвязей может иллюстрировать еще и наглядное функционирование как отдельных элементов так и системы в целом.

Рабочее тело (РТ), которое во время орбитального полета находится в баке (Б) через пускающий клапан (КП) и клапан управления (КУ) подается на редуктор (Р). Контроль давления и температуры РТ в баке производится с помощью датчика температуры (ДТ) и датчика давления (ДД1). Первоначально РТ попадает в бак через заправляющее устройство (ЗУ). На редукторе давление регулируется до необходимого значения, в случае отклонения от нормы. Дальше в топливо-магистраль включен термодросель (ТД) и соответственно клапана управления к ним (КУ). И сразу за ними включены 4 жиклера - для непосредственной подачи РТ к потребителям РТ.

РТ подается к катоду (К) и аноду (А) - для дальнейшего его поступления в камеру ионизации и использования. Катод - компенсатор (КК) тоже потребляет РТ для нейтрализации объемного заряда на выходе из сопла ПИДа, для предотвращения оседания ионов на сетке и ее разрушения.

В самом ПИДе с помощью системы катушек (СК) и магнитопровода (МП) создается радиальное магнитное поле, которое регулирует ионизацию и скорость движения частиц. Потом, с помощью сеток - ускоряющей (УС) и экранирующей (ЭС) создается большая разница потенциалов, которая разгоняет частицы для создания тяги. В системе электропитания ключевой является система управления (СУ), которая регулирует большинство функций и процессов. Первичным источником энергии служит солнечная батарея (СБ) с выходным напряжением, изменяющимся в пределах 40 - 80 В. Источник энергии (ИЭ) обеспечивает электроэнергией весь спутник. От него, посредством источника питания катода (ИПК), источника питания анода (ИПА), источника питания катода-компенсатора (ИПКК), источника питания электромагнита (ИПЭМ), источника питания ускоряющего электрода (ИПУ) электроэнергия подается на соответствующие элементы ПИДа.

1.3 Расчеты

Исходные данные:

 потенциал, В;

 условный КПД катода;

 прозрачность сетки;

 тяга.,Н;

 удельный импульс,м/с;

 Удельный расход РТ через КК, кг/Кл;

ток,А;

 модуль упругости, Мпа;

,В;

 максимальный масштаб ионизации, м²;

 - коефициент использования массы РТ;

 

1.3.1 Расчет эксплуатационных характеристик двигателя

По формуле (1.4) находим скорость истечения ионов V_i, ионный ток двигателя I_i и массовый расход рабочего тела через двигатель  и через нейтрализатор _n:

,(1.4)

,(1.5)

,(1.6)

.(1.7)

В первом приближении, считая коэффициент монохроматичности равным 1 находим ускоряющее напряжение:

. (1.8)

Считаем температуру электронов на выходе из нейтрализатора равной половине потенциала ионизации атомов рабочего тела:

.(1.9)

Используя значение i_e, находим величину суммы ускоряющего напряжения и запирающего барьера:

.(1.10)

 

.3.2 Расчет параметров ИОС ПИД

Ионно-оптическая система является одним из основных узлов, определяющих работу плазменно-ионного движителя. Правильные расчеты, проектирования и изготовление ее электродов увеличивает тяговый КПД движителя и его ресурс. Наиболее часто в ПИД применяются двухэлектродные системы, реже трехэлектродные.

При расчете и проектировании ионно-оптической системы необходимо учитывать закономерности интенсивных ионных течений в стационарных электрических полях в условиях вакуума

Интенсивными принято называть течения заряженных частиц с большой плотностью тока, в которых существенную роль играет поле собственного пространственного заряда.

Исходными данными для расчета являются рабочее тело, удельный импульс I_s[м/с], тяга F[Н], прозрачность ИОС c, удельный расход m_s[кг/Кл] рабочего тела через катод-компенсатор, коэффициент использования массы рабочего тела h_m, допустимая напряженность поля в межэлектродном зазоре ИОС E_max[В/м], допустимая доля электронного тока из внешнего плазменного пучка в камеру ионизации i_e.

В расчете КИ одной из характеристик, которые необходимо задать, является изменение магнитной индукции вдоль оси камеры. Можно предложить, например, следующий вид зависимости:

(1.1)

или, в безразмерных переменных:

.(1.2)

Поскольку величина b₀ является предметом поиска, задавать в (1.1), (1.2) нужно только декремент b. Качественные закономерности в поведении магнитного поля соответствуют значениям b порядка отношения радиуса КИ к осевому размеру внешнего полюса магнитопровода.

В соответствии с (1.2) имеем:

.(1.3)

 

.3.3 Расчет характеристик ИОС

Находим безразмерную величину минимума потенциальной энергии ионов:

.(1.11)

Рассчитываем величины безразмерной плотности ионного тока g₀ и первичного ускоряющего напряжения y_A, среднего квадрата радиальной проекции скорости ионов на выходе из ИОС и коэффициент монохроматичности h_cr.

Система уравнений модели процессов в зоне ускорения ионов включает выражения:

для безразмерной плотности ионного тока g₀ на входе в отверстие (ЭЭ):

,(1.12)

y_A - потенциал на УЭ будет равен

, (1.13)

Средний по сечению отверстия (УЭ) квадрат радиальной проекции скорости ионов:

,, (1.14)

(1.15)

 

1.3.4 Расчет характеристик КИ

Находим критерии подобия КИ, и безразмерный ток электронов от ОК в сторону ЭЭ :

,(1.16)

,(1.17)

.(1.18)

Находим безразмерный ток электронов от щели блока ОК к аноду:

.(1.19)

Находим максимум безразмерной концентрации электронов:

.(1.20)

,(1.21)

,(1.21)

,(1.22)

,(1.23)

,(1.24)

,(1.25)

,(1.26)

,(1.27)

(1.28)

находим коэффициент использования массы РТ:

,(1.29)

.(1.30)

При этом интегралы в выражениях (1.21)...(1.26) находим в соответствии с (1.3), а остальные - произвольным численным методом.

Сравниваем заданное и найденное значение h_m и повторяем 1.21…1.23 до совпадения с заданной точностью.

Находим y_A из (1.13):

(1.31)

и ставим точку на вольт-амперной характеристике. При этом интегралы в выражении (1.31) находим в соответствии с (1.3), а остальные - произвольным численным методом.

С использованием связей размерных и безразмерных параметров находим:

- длину КИ и расстояние между щелью блока ОК и анодом:

,,(1.32)

- разрядные ток, напряжение и мощность:

,,,(1.33)

- максимум и поток магнитной индукции:

,.(1.34)

1.3.5 Расчет магнитной системы

Магнитная система ПИД с радиальным полем относится к так называемым системам с большим воздушным зазором - расстояние между полюсами (см. Рис. 1) не мало по сравнению с остальными размерами системы.

Рис. 1.1 - Магнитная система ПИД с радиальным магнитным полем

Ввиду этого не существует общих выражений для расчета этой системы.

Возможен оценочный расчет с использованием теоремы о циркуляции магнитного поля по контуру :

,(1.35)

где I_S - ток, проходящий внутри контура .

В нашем случае для любой магнитной линии этот контур включает участок внутри магнитопровода и "воздушный" зазор. Ввиду большой магнитной проницаемости материала магнитопровода, вклад в циркуляцию (1.35) вносит, фактически, только "воздушный" зазор. Сложность заключается в его относительно большой протяженности.

В отличие от случаев с малым "воздушным" зазором мы не можем здесь сделать предположение об однородности осевого распределения B и H и о радиальной их направленности. Будем оценочно считать, что для любой магнитной линии величина интеграла по "воздушному" зазору имеет порядок произведения:

,(1.36)

где B_p - магнитная индукция в окрестности полюса.

Фактическая кривизна магнитных линий приводит к двум, отчасти компенсирующим друг друга следствиям - удлинению контура и уменьшению B, что делает предположение (1.36) качественно допустимым.

Величину B_p можно оценить через поперечную площадь полюса и величину магнитного потока в камере:

,(1.37)

где L_p - осевой размер полюса.

С учетом связи между B и H в вакууме:

,(1.38)

из (1.35)…(1.37) имеем в "ампер-витках":

.(1.39)

В схеме с последовательным включением соленоидов магнитной системы и разрядного контура ИК, исключающей необходимость в дополнительном источнике питания электромагнита, из отношения "ампер-витков" к разрядному току в ИК можно определить суммарное количество витков в соленоидах магнитной системы:

.(1.40)

1.3.6 Результаты расчетов основных параметров ПИД

Так как для расчетов применялись возможности программирования на примере САПР-а Turbo Pascal, то промежуточные расчеты опущены. Ниже записаны результаты расчетов. В приложении можно ознакомиться с исходными кодами расчетов ИОС и КИ.

I_d = 2.12171 А;

I_i=0.74 A;=1077.18 B;=77.50415 B;=222.21841 эВ/ион;

Bo= 0.03874 Тл;

L=0.086720 м;

Lc=0.043360 м;

Lp=0.043360 м;

- отношение длины КИ к диаметру;

- отношение длины катодного блока к длине камеры;

- отношение осевого размера полюса к длине камеры;

 

.3.7 Расчет коэффициента полезного действия ПИД

Мощность ионно-оптической системы определяется по формуле:

(1.41)

Отсюда N_ИОС=796 Вт

Мощность камеры ионизации определяется по формуле:

(1.42)_КИ=164.3Вт

Определяем полезную мощность

(1.43)_пол=120 Вт

Определяем КПД плазменно-ионного движителя

(1.44)

η = 0.125

1.3.8 Расчет бака

Бак рабочего вещества по своему размеру и массе составляет наибольшую часть движительной установки. Требования к материалу и конструкции бака определяются видом выбранного рабочего вещества и схемой системы подачи.

Основные требования к баку:

а) малая масса;

б) прочность;

в) герметичность;

г) коррозионная стойкость;

д) совместимость с выбранным рабочим веществом.

На основании ранее приведенных требований производится выбор материала бака. В нашем случае материалом для бака является титановый сплав ВТ-20.

Исходные данные:

1)      параметры ксенона:

a)       РРВ = 4.2 Па - давление в баке;

b)      ТРВ = 300 К - температура в баке;)          РВ = 427  - плотность ксенона при данных давлении и температуре.

2)      параметры материала бака:

a)       сплав ВТ-20 по ГОСТ 2910-74;

b)      = 109 Па - предел прочности;)  = 2.5 - коэффициент запаса прочности;)      б = 4500  - плотность материала бака.

3)      другие параметры для расчёта:

a)       РВ = 1.05 - коэффициент гарантированного запаса рабочего вещества;

Расчёт бака производится соответственно методическому указанию [3].

Объём рабочего вещества находим по формуле:

(1.45)

Где  кг.

Объём рабочего вещества равен: .

Объём внутренней полости бака будет равен объёму рабочего вещества.

Диаметр внутренней полости бака можно определить по формуле:

 (3.2)

Следовательно:

(1.46)

Диаметр внутренней полости бака равен:  м.

Допустимое напряжение стенок бака можно определить по формуле:

1.47)

Допустимое напряжение стенок бака равно:

 Па.

Массу бака определяем по формуле:

(1.48)

 кг

Толщину стенки бака находим по формуле:

 м.

Из конструктивных соображений толщину стенки бака принимаем равной 1,5 м.

Бак изготовлен из листового материала марки ВТ-20 2х600х1500 ГОСТ 90042-71.

1.3.9 Температурные напряжения в оболочке с жестким защемлением

Для простоты расчета сделаем предположение, что корпус катода имеет форму оболочки.

Рис. 1.2- Реальная геометрия корпуса катода.

Рис. 3.2- Условная геометрия корпуса для простоты расчета.

Рассмотрим температурное нагружение оболочки, закрепленной жестко с одной стороны (см. рис. 1.3):

Рис. 1.4- Оболочка.

Деформация оболочки при тепловом нагружении:

(1.50)

Упругая деформация оболочки при наложении жестких связей

(1.51)

Температура по длине оболочки распределяется по квадратичному закону:

(1.52)

Из условия при  , при  получаем значения  и .

Рис. 1.5 Распределение температуры по длине оболочки.

Для расчетов используем градиент температуры (рис. 3.5):

(1.53)

Рис. 1.6. Градиент температуры по длине оболочки.

Если бы оболочка не имела заделки, то ее деформация была бы равна деформации свободной оболочки:

(1.54)

Так как оболочка заделана, то деформируем ее конец на величину  и находим, какое усилие  и момент  - реакции в месте заделки, которые необходимо приложить. Для этого решаем систему уравнений:

(1.55)

с граничными условиями :

;	(1.56)
	(1.57)
	(1.58)

После решения выходит:

	(1.59)
	(1.60)

Величину  можно определить с выражения:

	(1.61)
	(1.62)

Находим искомую деформацию:

Находим вторую производную от упругой деформации:

(1.65)

Находим напряжения в оболочке от изгиба:

(1.66)

Окружные напряжения в оболочке можно найти по формуле:

	(1.67)
	(1.68)

Величина запаса прочности оболочки определяется как:

(1.69)

Знаменатель в формуле - это обобщенное напряжение в оболочке, находится по формуле:

(1.70)

Для расчетов используем программу, написанную на системе Delphi, все результаты в виде графиков и некоторых численных результатов приведены выше. Исходный код программы приведен в приложении.

Рис. 1.7. График зависимости распределения окружных напряжений по длине оболочки.

На рис. 1.7 изображено распределение окружных напряжений по всей длине оболочки в зависимости от распределения температур.

Рис. 1.8. Напряжения в оболочке от изгиба.

Рис. 1.9. Окружные напряжения в оболочке.

Рис. 1.10. Обобщенные напряжения в оболочке.

Как видно с рис. 3.9, максимальное  возникает при :

Для материала корпуса катода СТАЛЬ 40Х13 , поэтому коэффициент запаса прочности равен:

(1.71)

 

1.3.10 Расчет на структурную надежность ЭРДУ

Расчёт на надёжность движительного блока производится на основании анализа его структурной схемы. Результатом анализа является составление функциональной схемы движительного блока, которая приведена на рисунке 1.9:

Рис.1.10 - Структурная схема расчета системы хранения подачи рабочего вещества.

Входные данные для проведения расчета заданы таблицей 1.5:

Таблица 1.5 Входные данные

Элемент	Вероятность отказа элементов	Масса , кг
Заправное устройство	0.003	0.1
Датчик температуры 1	0.009	0.02
Датчик давления 1	0.005	0.02
Пусковой клапан	0.027	0.06
Клапан управления	0.01	0.04
Редуктор	0.1001	0.2
Ресивер	0.005	0.34
Датчик давления 2	0.005	0.02
Датчик температуры 2	0.009	0.02
Распределитель	0.0109	0.015

Проанализировав таблицу 1.5 было принято, что значение допустимой массы W_доп=2 кг и условие того, что вероятность безотказной работы зарезервированной системы должна быть не меньше 0,95.

Масса нерезервированной системы определяется по следующей формуле:

(1.77)

где W_i - масса элементов, кг;

N - количество элементов, штук.

Wo=0.835 kg

Вероятность безотказной работы нерезервированной системы определяется так:

,

(1.78)

где q_i - вероятность отказа элементов.

Если каждый элемент системы зарезервировать (m_i-1) раз, то масса резервированной системы будет:

,

(1.79)

а вероятность безотказной работы:

.

(1.80)

Требуется найти такие целые числа m_i, при которых вероятность безотказной работы Р_р, которая определяется по (1.98), была бы максимальной, а масса W_p не превышала бы допустимой массы W_доп, т.е.:

.

(1.81)

Очевидно, что надежность будет максимальной при условии:

,

(1.82)

где m^o_i - кратность резервирования.

Построим уравнение Лагранжа:

,

(1.83)

где l - множитель Лагранжа.

Решим это уравнение относительно m^o_i. После ряда преобразований уравнение примет вид:

,

(1.84)

где , а .

Тогда, искомое значение m^o_i будет иметь вид:

,

(1.85)

где y_o - действительный корень решения уравнения (1.85), который определяется методом последовательных приближений из выражений:

,

.

Как правило, достаточно определить второе приближение у_о⁽²⁾, ошибка при этом не превышает 3…5 %.

Результаты проведенных расчетов сведены в таблицу 1.6.

Таблица 1.6 - Результаты проведенных расчетов

№ ел-та
1	0.017	-0.070	5.809	-4.061	6.009e-3
2	4.246e-3	-0.023	4.711	-5.448	0.683
3	3.775e-3	-0.021	5.298	-5.565	0.707
4	0.017	-0.068	3.612	-4.096	0.020
5	8.686e-3	-0.041	4.605	-4.737	0.229
6	0.087	-0.212	2.302	-2.510	0.334
7	0.064	-0.176	5.298	-2.792	0.133
8	3.775e-3	-0.021	5.298	-5.565	0.707
9	4.246e-3	-0.023	4.711	-5.448	0.683
10	3.319e-3	-0.019	4.519	-5.693	0.973

,

.

Вычисленные значения m^o_i могут иметь любые значения, но нас интересуют лишь целые значения m^._i, которые дают максимум функции P_p(m^._i) и удовлетворяют условию (). Среди целых чисел, которые отличаются от m^o_i не больше, чем на единицу, следует выбрать такие m^._i, при которых в сравнении с другими возможными системами целых чисел выполнялись бы следующие два условия:

,	(1.88)
.	(1.89)

В таблице 1.7: ²а² - округляем до ближайшего целого числа, ²б² - округляем влево, ²в² - округляем вправо.

Таблица 1.7

m1	m2	m3	m4	m5	m6	m7	m8	m9	m10
0	1	1	0	0	0	0	1	1	1
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
0	1	1	0	0	0	0	1	1	1

Теперь проверим условие (). Из трех вариантов действительным будет лишь вариант ²а². Т.о., по формуле (1.80) определим вероятность безотказной работы резервированной системы:

= 0,935

Массу резервированной системы определим по формуле (1.79):

Wp = 1.88 кг.

Т.о., условие (1.81) выполняется.

 

.4 Описание чертежей

В плазменном движителе (ХАИ.441П.05.ДУ.03.ВО.00) тяга создается при истечении плазмы рабочего тела. Ускорение плазма получает при взаимодействии с собственным или внешним магнитным полем. Плазменные движители обладают высоким удельным импульсом, = 50 км/сек, превосходящим удельный импульс ракетных двигателей жидкого и твердого топлива. В создании плазменных движителей имеются существенные трудности: не решены проблемы длительной работы отдельных теплонапряженных элементов, эрозии электродов и т. д.

При сборке движителя следует отметить ряд нюансов:

·             к крепежной раме (17) посредством болтового соединения (крепежный элемент 43,51,47) крепится сначала балка крепления (8), а потом к ней остальные элементы ПИДа;

·        Элементы катодно-анодного узла собираются в следующей последовательности: магнитопровод корпус катода анод (вместе с анодным коллектором и дефрактором) посредством изоляторов (15,17) и крепежных элементов (56,46,49) крепятся сетки;

·        в последнюю очередь надевается экран (19);

Описание общих черт работы плазменно-ионного движителя необходимо для детального анализа механизмов определяющих работу ПИДа и его конструктивные особенности. Электроны, эмитирующие катодом (К), ускоряются электрическим полем (возникающем благодаря приложенному напряжению на разряде) и сталкиваются с атомами, ионами и другими электронами. Магнитное поле заставляет электроны двигаться по циклоидной траектории с циклоидным радиусом порядка 0,01 м. Простеночный слой препятствует попаданию электронов на стенки, которые находятся под потенциалом катода. Так как электроны закручены вокруг силовых линий магнитного поля, то им требуется столкновение, позволяющее приобрести радиальную скорость. Эти столкновения, а следовательно и процессы ионизации зависят от энергии электронов, их концентрации и концентрации атомов.

Движение ионов определяется потенциалом плазмы. Ион-ионные столкновения не столь важны. Ионы ускоряются в направлении градиента потенциала плазмы. Так как ионы в заданной точке двигаются в одном общем направлении, столкновение мало влияет на движение ионов. Часть ионов течет к ускоряющим электродам и, ускоряясь напряжением, покидает электроды ионно - оптической системы, создавая тягу движителя. Остающийся поток ионов идет на анод (12), кожух (19), экранирующий электрод (25) и катод (4). Достигая стенок, ионы рекомбинируют и превращаются в атомы, которые образуют виртуальный источник РТ.

2. Технологическая часть

 

.1 Structural - technological part analysis

casing is one of the cathode - node elements. It has cylindrical shape. It is a technological detail because of the operations that are performed by manufacturing methods. From the point of part rigidity and strength, part shape and its dimentions are rather efficient. Part can be mounted, using average lathe adjustments.dimentions and its shape provide necessary rigidity during the machining.most accurate surface are performed with 6 accuracy class, face accuracy is 8 accuracy class. Linear dimentions are also performed with 8 accuracy class.shape requirements and surfaces location are coursed by necessity to provide coincidence of axes and reliable contact.

 

.1.1 Part material and its properties

Taking into account part operational conditions and assembly in a hole, we accept the following part material STEEL Х18Н10Т at GOST 5949-75. This steel posses such properties as corrosion - resistance, temperature - resistance, long operation term. [7, table 23, page 123]structure:

·        Max carbon 0,01%,

·        18% chrome,

·        до 1% titan.

Steel Х18Н10Т mechanical properties:

·        breaking point MPa;

·        yield point МPа;

·        operational temperature 6000С;

·        percent elongation 40 %;

·        contraction 55 %.

 

.1.2 Choosing the method of blank obtaining

Determining factor during the blank choosing is providing of necessary part quality and its minimal cost.processes of blanks obtaining are coursed by material properties, part shape and dimentions.blank choosing for established part the method of its manufacturing should be appointed. Also determine the configuration, dimentions, allowances and make technical condition for its manufacturing. The main aspect at blank choosing is providing necessary ready part quality.taking into account operational condition, its configuration, material properties, and type of manufacturing (single) it is appropriate to use smelted models casting. After we’ll obtain 14 accuracy class, and roughness Rz80.

 

.2 Development of route manufacturing process

 

.2.1 Designing of route machining plan

Given characteristics of dimentions accuracy, shape and surface quality allow to determine required quantity and types of machining. In our case it is necessary to provide 8 and 6 accuracy classes therefore we use following operations:

·        roughing;

·        semifinish operation;

·        finishing.

After analysis of dimentions positions make manufacturing datums:

·        front and back cathode casing faces;

·        cylindrical cathode surface.

2.2.2 Development of surface plan machining

For determining necessary and enough steps of separate surfaces machining, providing necessary characteristics, shape and part quality we’ll use such equations:

а)       necessary steps quantity for providing dimention accuracy:

(2.1)

Тзаг - blank dimention allowance, that is 870 mkm for 14 accuracy class; Тдет - part dimention for each operation;

б)      necessary steps for providing given surface roughness:

(2.2)

Rзаг - roughness of blank surface, then after sandblasting and etching is equel Rz80; Rдет - roughness of part surface for each operation;to obtained results we accept n_ПР to nearest integer.calculating results are represented in table 5.1

Surface	Blank		Part		Allowance мkм		nt	nш
	Accuracy	Roughness Rz	Accuracy	Roughness Rz	Blank	Part
1	14	80	8	5	870	63	2.478649	3.0103
2	14	80	8	5	620	39	2.611581	3.0103
3	14	80	8	5	620	39	2.611581	3.0103
4	14	80	8	5	620	39	2.611581	3.0103
5	14	80	6	0.8	620	39	2.611581	5
6	14	80	8	5	620	46	2.455726	3.0103
7	14	80	8	5	620	33	2.769299	3.0103
8	14	80	8	5	740	54	2.471387	3.0103
9	14	80	8	5	870	33	3.089142	3.0103
10	14	80	9	6.3
11	14	80	9	6.3
12	14	80	9	6.3
13	14	80	8	5	620	33	2.769299	3.0103
14	14	80	6	0.8	430	18	2.996078	5
15	14	80	8	5	620	33	2.769299	3.0103
16	14	80	9	6.3	740	74	2.759374

2.3 Allowance and operational dimensions calculating

 

2.3.1 Main definitions and terms

At machining the material layer, that should be removed as the result of all operations provided by manufacturing in mechanical engineering for obtaining necessary roughness and accuracy, given by drawing and technical requirements.allowance is equal to sum of operational allowances. Operational allowance is a layer of material, removed after current operation.surface machining allowances cannot be kept absolutely exact , thus the tolerance must be assigned.tolerance is the given accuracy of machining. It determines the allowed fluctuation of operational allowance and operational dimention. Tolerance band as a rule is directed inside the part body. First stage of machining is the only exception.into account allowance as material layer needed to be removed and tolerance as an allowed allowance fluctuation, it is necessary to distinguish minimal nominal and maximal allowances.allowance for current machining stage is equal to the material layer, needed to be removed at that stage, only in case of complete tolerance usage of previous stage, and there is not need to use allowance in this stage.

 

2.3.2 Calculation of allowances and operational dimensions at cylindrical surfaces machining.

Lets calculate allowances at surface 15 machining. The surface shaping is performed in two stages after obtaining it as a blank: rough turning and finish turning. The operational tolerance determines dimensional tolerance, that is easy to determine using table 13[ ]. Put results into column of table 1:

·        Blank (-0.52);

·        Rough turning (-0,21);

·        Finish turning (-0.033)

Calculating allowance 2z_ном.р for machining stages set according to table 8

·        For rough turning 1.5;

·        For finish turning 1;

Next columns of a table 1 must be filled from the last machining stage, where calculation dimention is equal to part dimension. For rough turning D_p=28 mm. The biggest limit dimension for current operation will also be equal to

(2.3)

·        For finish turning ;

·        For rough turning ;

·   For blank .

For maximal operational dimentions for each operation we’ll get results:

·        For finish turning ;

·        For rough turning ;

·        For blank .

Using  and  we can easy calculate the value of minimal and maximal allowance for each stage of machining:

	(2.4)
	(2.5)

·       
For finish turning: мм, мм

·        For rough turning: мм, мм

Operational dimention for each stage of machining is presented as minimal dimension and tolerance, taking into account surface roughness we’ll obtain:

·        For blank  Rz 80;

·        For rough turning  Rz 40;

·        For finish turnign  Rz 20.

Results of other surfaces calculation are represented in table 2.1..

2 (Ø 42)

Manufacturing steps	Normative minimal allowance 2Zmin,mm	Tolerance T, mm	Calculated allowance 2Znom, mm	Calculated diameter Dc (max)	Adopted dimention		Adopted allowance		Operational dimention
					Dmax	Dmin	2Zmax	2Zmin
Blank		0.4+0.2-0.2		45	46.2	45.8			45+0.2-0.2
Rough turning	0.2	0.25	2.2	42.85	42.85	42.6	2.45	1.8	42.85-0.25
Finish turning	0.6	0.039	0.85	42	42	41.961	0.889	0.6	42-0.039

5 (Ø 42)

Manufacturing steps	Normative minimal allowance 2Zmin,mm	Tolerance T, mm	Calculated allowance 2Znom, mm	Calculated diameter Dc (max)	Adopted dimention		Adopted allowance		Operational dimention
					Dmax	Dmin	2Zmax	2Zmin
Blank		0.4+0.2-0.2		46	46.2	45.8			46+0.2-0.2
Rough turning	0.2	0.25	2.2	42.989	42.989	42.739	2.45	1.8	42.989-0.25
Finish turning	0.6	0.039	0.85	42.139	42.139	42.1	0.889	0.6	42.139-0.039
Grinding	0.1	0.016	0.139	42	42	41.984	0.155	0.1	42-0.016

Surface 6 (Ø34)

Manufacturing steps	Normative minimal allowance 2Zmin,mm	Tolerance T, mm	Calculated allowance 2Znom, mm	Calculated diameter Dc (max)	Adopted dimention		Adopted allowance		Operational dimention
					Dmax	Dmin	2Zmax	2Zmin
Blank		0.4+0.2-0.2		38	38.2	37.8			38+0.2-0.2
Rough turning	0.2	0.25	2.2	34.85	34.85	34.6	2.45	1.8	34.85-0.25
Finish turning	0.6	0.039	0.85	34	34	33.961	0.889	0.6	34-0.039

Route of elementary surfaces machining	Dimensional tolerance	Calculating allowance	Calculating dimention	Accepted dimentions, mm		Accepted allowances		Parameters of the surface under the machining
				Dmax	Dmin	2Zmax	2Zmin	Manufacturing dimention	Roughness, mkm
surface 15 (Ø28H8)
Casting	0.52	-	26.5	26.02	26.5	-	-		Rz 80
Turning (rough)	0.21	1.5	27	27.02	27	0.521	0.98		Rz 40
Turning (finish)	0.033	1	28	28.033	28	1.033	0.979		Rz 20
surface 14 (Ø18Js7)
Casting	0.43	-	16.6	17.18	16.6	-	-		Rz 80
Turning (rough)	0.18	0.8	17.4	17.58	17.4	0.98	0.22	17.4+0.18	Rz 40
Turning (finish)	0.027	0.5	17.9	17.927	17.9	0.527	0.32	17.9+0.027	Rz 20
Grinding	0.018	0.1	18	18.018	18	0.118	0.073	18+0.018	Ra 0.63
surface 3 (Ø36 h8)
Casting	0.62	-	39.5	40.12	39.5	-	-	39.5+0.63	Rz 80
Turning (rough)	0.25	1.5	41	41.25	41	1.75	0.88	41+0.25	Rz 40
Turning (finish)	0.039	1	42	42.039	42	1.039	0.75	42+0.039	Rz 20

 

3. Экономическая часть

3.1 Расчет себестоимости детали

Для расчета себестоимости одной детали производится расчет сметы затрат на производство и калькулируется себестоимость изделия.

Смета затрат на производство цеха отражает все затраты на программу выпуска. Все производственные затраты подразделяются на прямые и косвенные.

К прямым относятся расходы, которые можно непосредственно рассчитать на единицу изделия.

К косвенным относятся расходы, которые невозможно или нецелесообразно рассчитывать на конкретное изделие (например, расходы на содержание и эксплуатацию оборудования, цеховые расходы). Косвенные расходы цеха рассчитываются на год на весь объем работы на этот период.

Составление сметы затрат на производство по калькуляционным статьям расходов дает возможность рассчитать проценты косвенных расходов, которые используются при калькуляции себестоимости изделия.

Расчет себестоимости детали будем производить при следующих данных:

Марка материала	Сталь 40Х24H12 ГОСТ 5632-72
Стоимость 1 кг материала	25 грн.
Норма расхода материала	0,005 кг
Чистый вес детали	0,3 кг

Методику расчета используем [13].

1.       Стоимость основных материалов

С_мат = Н_рС,(3.1)

где Н_р - норма расхода материала на единицу изделия, кг;

С - заводская плановая цена 1 кг материала, грн.

С_мат = 0,005 ∙25 = 0,125 грн.

2.       Покупные изделия, шт.

3.       Возвратные расходы:

С_ВО = (Н_р - Ч_В)С^’_ВО,(3.2)

где Ч_В - чистый вес детали, кг;

С^’_ВО - стоимость возвратных отходов, С^’_ВО = 0,1 грн.

Тогда

С_ВО = (0,05 - 0,03) ∙ 0,1 = 0,002 грн.

4.       Основная ставка производственных рабочих:

,(3.3)

где Т_Σ - суммарная трудоемкость изготовления конкретного изделия на оборудовании данного типа (в человеко-минутах);- среднечасовая ставка рабочего.

Обработку детали производим на следующих станках:

а) токарно-винторезный 16Б16А Т = 25

Принимаем L = 0,721 грн.

Тогда

грн.

5.       Дополнительная зарплата рабочих составляет 42,7% от основной зарплаты:

ЗП_доп = 0,427 ∙ 0,57 = 0,24 грн.(3.4)

6.       Отчисления на социальные меры составляют 37,5% от суммы основной и дополнительной заработной платы:

0,375 ∙(0,24 + 0,721) = 0,36 грн.(3.5)

7.       Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования составляют 90% от основной зарплаты:

0,9 ∙ 0,57 = 0,513 грн.(3.6)

8.       Целевые расходы составляют 120% от основной заработной платы

1,2 ∙ 0,57 = 0,684 грн.(3.7)

9.       Возмещение износа инструментов и приспособлений целевого предназначения составляет 5% от первых пяти пунктов:

0,05 ∙ (0,6 + 0,0015 +0,57 + 0,24 ) = 0,07 грн.(3.8)

10.    
Расходы на освоение новых видов продукции составляют 10% от первых пяти пунктов:

0,1 ∙ (0,6 + 0,0015 + 0,37 + 0,24 ) = 0,14 грн. (3.9)

Итоговая цеховая себестоимость 3,17 грн.

11.     Общезаводские расходы составляют 80% от основной заработной платы рабочих:

0,8 ∙ 0,37 = 0,456 грн. (3.10)

12.     Отчисления в фонд содействия занятости составляют 7,5% от полной заработной платы рабочих:

0,075 ∙ (0,57 +0,24) = 0,06 грн. (3.11)

13.     Отчисление на медицинское страхование составляет 26% от полной заработной платы рабочих:

0,026 ∙ (0,57 +0,24) = 0,021 грн. (3.12)

Производственная (заводская) себестоимость изделия 2,7 грн.

14.     Внепроизводственные расходы составляют 5% от производственной себестоимости:

0,05 ∙ 2,7 = 0,135 грн. (3.13)

Полная себестоимость детали: 2,84 грн.

15.     Прибыль составляет 25% полной себестоимости:

0,25 ∙ 2,84 = 0,71 грн. (3.14)

Оптовая цена предприятия-изготовителя: 3,55 грн.

16.     НДС составляет 20% оптовой цены предприятия-изготовителя:

0,2 ∙ 3,55 = 0,71 грн. (3.15)

Отпускная цена изделия равна: 4,26 грн

4. Безопасность жизнедеятельности

 

4.1 Вентиляция помещений

Одним из необходимых условий здорового и высокопроизводительного труда является обеспечение чистоты воздуха и нормальных метеорологических условий в рабочих помещениях. Устранение воздействия таких вредных производственных факторов, как газов и паров, пыли, избыточного тепла и влаги и создание здоровой воздушной среды, является важной народнохозяйственной задачей, которая должна осуществляться комплексно, одновременно с решением основных вопросов производства.

Задачей вентиляции является обеспечение чистоты воздуха и защитных метеорологических условий в производственных помещениях.

Вентиляция достигается удалением загрязненного или нагретого воздуха из помещения и подачей в него свежего воздуха.

По способу перемещения воздуха вентиляция бывает естественной и механической. Возможно также сочетание естественной и механической вентиляции (смешанная вентиляция) в различных вариантах.

 

4.1.1 Естественная вентиляция

Воздухообмен при естественной вентиляции происходит вследствие разности температур воздуха в помещении и наружного воздуха, а также в результате действия ветра.

Разность температур воздуха внутри (более высокая температура) и снаружи помещения, а, следовательно, и разность плотностей вызывают поступление холодного воздуха в помещение и вытеснение из него теплого воздуха. При действии ветра с заветренной стороны зданий создается пониженное давление, вследствие чего происходит вытяжка теплого или загрязненного воздуха из помещения; с наветренной стороны здания создается избыточное давление и свежий воздух поступает в помещение на смену вытягиваемому воздуху. Работа ряда вытяжных вентиляционных устройств в сильной степени также зависит от обдува их ветром.

Естественная вентиляция производственных помещений может быть неорганизованной и организованной.

При неорганизованной вентиляции поступление и удаление воздуха происходит через неплотности и поры наружных ограждений (инфильтрация), и через окна, форточки, специальные проемы (проветривание).

Организованная (поддается регулировке) естественная вентиляция производственных помещений осуществляется аэрацией и дефлекторами.

Аэрация - это организованная естественная вентиляция, которая осуществляется в холодных цехах за счет ветрового давления, а в горячих цехах - благодаря совместному или раздельному действию гравитационного и ветрового давлений.

Преимуществом аэрации является то, что большие объемы воздуха (до нескольких миллионов кубических метров в час) подаются и удаляются без применения вентиляторов и воздуховодов. Как следствие этого, система аэрации значительно дешевле механических систем вентиляции; она является мощным средством для борьбы с избыточными тепловыделениями в горячих цехах.

Наряду с достоинствами, аэрация обладает существенными недостатками, а именно; в летнее время эффективность аэрации может существенно падать вследствие повышения температуры наружного воздуха, особенно в безветренную погоду; кроме того, поступающий в помещение воздух не обрабатывается (не очищается, не охлаждается)

Приточная вентиляция. Установки приточной вентиляции обычно состоят из следующих элементов: воздухозаборного устройства (воздухоприемника) для забора чистого воздуха; они устанавливаются снаружи здания в тех местах, где содержание вредностей минимально (или отсутствуют вообще); воздуховодов, по которым воздух подается в помещение; наиболее часто воздуховоды делают металлическими; фильтров для очистки воздуха от пыли; калориферов, в которых холодный наружный воздух нагревается (наибольшее распространение получили калориферы, в которых теплоносителем является горячая вода или пар; используются также, и электрокалориферы); центробежного вентилятора; приточных отверстий или насадков, через которые воздух подается в помещение (воздух может подаваться сосредоточенно или равномерно по помещению); регулирующих устройств (дроссель-клапанов или задвижек), устанавливаемых в воздухоприемном устройстве и на ответвлениях воздуховодов.

Фильтр, калориферы и вентилятор обычно устанавливают в одном помещении - так называемой вентиляционной камере. Воздух подается в рабочую зону на уровне дыхания (до 2 м), причем скорости выхода воздуха ограничены допустимым шумом и подвижностью воздуха на рабочем месте. Установки вытяжной вентиляции состоят из вытяжных отверстий или насадков, через которые воздух удаляется из помещения; центробежного вентилятора; воздуховодов; устройства для очистки воздуха от пыли или газов, устанавливаемого в тех случаях, когда выбрасываемый воздух необходимо очищать с целью обеспечения нормативных концентраций в атмосферном воздухе населенных мест и в приточном воздухе, подаваемом в производственные здания; устройства для выброса воздуха, которое должно быть расположено на 1-1,5м выше конька крыши.

При работе вытяжной системы чистый воздух поступает в помещение через неплотности в ограждающих конструкциях. В ряде случаев это обстоятельство является серьезным недостатком данной системы вентиляции, так как неорганизованный приток холодного воздуха (сквозняки) может вызвать простудные заболевания.

Приточно-вытяжная вентиляция. В этой системе воздух подается в помещение приточной вентиляцией, а удаляется - вытяжной вентиляцией, работающими одновременно. Место расположения приточных и вытяжных воздуховодов, отверстий и насадков, а также количество подаваемого и вытягиваемого воздуха выбирается с учетом требований, предъявляемых к системе вентиляции. Место для забора свежего воздуха выбирается с учетом направления ветра, с наветренной стороны по отношению к выбросным отверстиям и не ближе 8 м от них, вдали от мест загрязнений.

Вентиляторы - это воздуходувные машины, служащие для перекрещения воздуха при потерях давления в вентиляционной сети не более 1500 кгс/м². По принципу работы вентиляторы различают осевые, центробежные и диаметральные. Осевой вентилятор представляет собой расположенное в цилиндрическом кожухе лопаточное колесо, при вращении которого поступающий в вентилятор воздух под действием лопаток перемещается в осевом направлении. Это наиболее простая конструкция осевого вентилятора, состоящего только из лопаточного колеса и кожуха. Широко применяются более сложные вентиляторы, снабженные направляющими и спрямляющими аппаратами. Достоинствами осевых вентиляторов являются простота конструкции, возможность экономичного регулирования производительности в широких пределах посредством поворота лопаток колеса, большая производительность. К их недостаткам относятся относительно малая величина давления и повышенный шум.

Центробежный вентилятор состоит их спирального корпуса с размещенным внутри лопаточным колесом, при вращении которого воздух, поступающий через входное отверстие, попадает в каналы между лопатками колеса и под действием центробежной силы перемещается по этим каналам, собирается корпусом и выбрасывается через выпускное отверстие.

Выводы

В данной бакалаврской работе была разработана двигательная установка на базе плазменно-ионного движителя.

В конструкторской части был произведен расчет основных параметров плазменно-ионного движителя, расчет геометрических размеров бака СХПРТ с учетом возникающих в нем напряжений, расчет термических напряжений в катодной оболочке. Произведена компоновка СХПРТ и ПИД.

В технологической части был разработан маршрутный план технологического процесса детали катодная оболочка.

В экономической части была посчитана себестоимость детали катодная оболочка, отпускная цена которого составила 4,26 грн.

В разделе БЖД был произведен анализ необходимой и достаточной вентиляции при изготовлении в помещении при изготовлении и сборке агрегата.

В графической части были выполнены чертежи в машинной графике: чертеж компановки космического аппарата, сборочный чертеж ПИД, теоретический чертеж блока ДУ (СХПРТ и ПИД), чертеж маршрутной карты технологического процесса, функциональная схема основных элементов ДУ.

 

Перечень условных обозначений, символов, единиц, сокращений и терминов

	объём бака м3;
	объём ресивера м3;
	плотность материала бака кг/м3;
	массовый расход, кг/с;
	Скорость истечения тела через двигатель, кг/с
	Скорость истечения тела через нейтрализатор, кг/с
	Ускоряющее напряжение, В;
	изменение магнитной индукции вдоль оси камеры, Тл;
	Безразмерная величина минимума потенциальной энергии ионов;
	Средний по сечению отверстия (УЭ) квадрат радиальной проекции скорости ионов;
	безразмерный ток электронов от щели блока ОК к аноду;
	безразмерный ток электронов от ОК в сторону ЭЭ;
	максимум безразмерной концентрации электронов;
	коэффициент использования массы РТ;
	разрядный ток,A;
	Разрядное напряжение, B;
	Разрядная мощность, Вт;
	Максимум магнитной индукции, Тл;
	Поток магнитной индукции;
	суммарное количество витков в соленоидах магнитной системы;
b	Декремент;
yA	первичное ускоряющее напряжение, А;
yA	потенциал на УЭ,В;
hcr	коэффициент монохроматичности;
hm	коэффициент использования массы рабочего тела;
D	диаметр оболочки, м;
e	заряд электрона, Кл;
E	модуль упругости;
Emax	допустимая напряженность поля в межэлектродном зазоре ИОС, В/м;
F	тяга, Н;
F	Тяга, Н;
g	критерии подобия КИ;
g0	величина безразмерной плотности ионного тока;
I	ток А;
ie	допустимая доля электронного тока из внешнего плазменного пучка в камеру ионизации;
Ii	Ионный ток, А;
Is	Удельный импульс, м/с;
Iр	разрядный ток, А;
k	постоянная Больцмана, Дж/К;
L	индуктивность Гн;
L	Длина, м;
ms	Удельный расход РТ через КК, кг/Кл;
n	коэффициент запаса прочности;
N	количество элементов;
Nр	разрядная мощность, В;
Po	вероятность безотказной работы;
r	Радиус, м;
Te	Температура электронов на выходе из нейтрализатора, К;
Tmax	максимальная температура, К;
Tmin	минимальная температура, К;
U	Напряжение, В;
v	скорость истечения рабочего тела, м/с;
Vi	Скорость истечения ионов, м/с;
W	число витков;
W	масса элемента;
α	Коэффициент теплопроводности 1/К;
β	Коэффициент ионизации, м3/с;
Δt	разность температур(нормальной температуры и температуры оболочки в месте закрепления), К;
σmax	максимальные напряжения, возникающие в оболочке в результате температурного нагружения, МПа;
σx(Mx), σφ(Mx), σφ(Tφ)	напряжения от разных сил, МПа;
τ	ресурс двигательной установки с;
υр	разрядное напряжение, В;
φi	потенциал ионизации, В;
χ	Прозрачность ИОС;
ωo, ωp	деформации оболочки;
А	анод;
Б	бак;
ГРК	газоразрядная камера;
ДД	датчик давления;
ДТ	датчик температур;
Ж	жиклер;
ЗУ	заправляющее устройство;
ИОС	ионно оптическая система;
ИОС	ионно - оптическая система;
ИПА	источник питания анода;
ИПК	источник питания катода;
ИПКК	источник питания катода компенсатора;
ИПУ	источник питания ускоряющего электрода;
ИПЭ	источник питания экранирующего электрода;
ИПЭМ	источник питания электромагнита;
ИЭ	источник энергии;
К	катод;
КК	катод-компенсатор;
КУ	Клапан управления;
М	масса иона, кг;
МП	магнитопровод;
МП	Магнитопровод;
ПИД	плазменно ионный движитель;
ПК	пироклапан;
Р	редуктор;
Р	давление Па;
Рс	ресивер;
СБ	солнечная батарея;
СК	Система катушек;
СУ	система управления;
СУ	Система управления;
СХПРТ	система хранения и подачи рабочего тела;
СЭС	система энергоснабжения;
Т	температура;
ТД	Термодроссель;
ЭК	электроклапан;

 

Перечень ссылок

1.         Импульсные плазменные ускорители. Александров В.В., Белан Н.В., Маштылев Н.А. Учебное пособие. Издательство ХАИ 1983 - 247с

2.       Выбор параметров и расчет импульсных плазменных движителей. Александров В.В., Белан Н.В., Маштылев Н.А. Учебное пособие. Издательство ХАИ 1983 - 79с.

.        Конструкция импульсных плазменных движителей. Гайдуков В.Ф. Учебное пособие по лабораторному практикуму. Издательство ХАИ 1988 - 16с.

.        Атлас конструкций двигательных установок Гуров А.Ф., Сурнов Д.Н., Демидов А.С. Часть 3. Двигатели и агрегаты. Издательство Гипрониавиапром 1977 - 80с

.        П.И. Орлов. Основы конструирования. Издательство Москва 1968 - 453 с.

.        Справочник конструктора РЭА: Компоненты, механизмы, надежность. Под ред. Р.Г. Варламова. - М.: Радио и связь, 1985. - 384 с.

.        В.И. Анурьев. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х т. - М.: Машиностроение, 1979.

.        Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т./ Под ред. А.Г.Косиловой и Р.К. Мещерякова. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1985. 496 с., ил

.        Б.С. Белоконь, Б.Ф. Федоренко. Расчет режимов резания труднообрабатываемых материалов: Учебное пособие. - Харьков: ХАИ, 1996. - 85 с.

.        В.Д. Сотников, А.И Долматов, А.Ф. Горбачев, С.В. Яценко. Разработка маршрутных технологических процессов изготовления деталей авиадвигателей: Учебное пособие. - Харьков: ХАИ, 1989. 40 с.

.        А.П. Барсуков, А.Ф. Горбачев, В.Ю. Гранин. Оформление технологической документации в курсовых и дипломных проектах: Методические указания. - Харьков: ХАИ, 1990. - 46 с.

.        В.В. Селезнев. Основы рыночной экономики Украины: Учебное пособие - К.: А.С.К., 1999. - 544 с.

.        Охрана труда в машиностроении. Под ред. Е.Я. Юдина. - М.: Машиностроение, 1976. - 335 с.

 

Приложение

 

Исходный код программы, для расчета температурных нагружений катодной оболочки.

unit calc;SysUtils,Math;mu=0.3; // dimentionless=5e-6; // meter / degree=2e11; // Pa:Extended=1.7e-1;// m:Extended=3e-2;// m:Extended=1e-2;// m:Extended=8e-2;// m_min:Extended=300;// m_max:Extended=800;// m:Extended=0;:Extended=0;_betta:Extended;_delta(x:Extended):Extended;_Temperature(x:Extended):Extended;_Difference:Extended; // delta t_Mo(x:Extended):Extended;_Qo(x:Extended):Extended;_omega_DoubleDer(x:Extended):Extended;_Mx(x:Extended):Extended;_sigma_x_Mx(x:Extended):Extended;_sigma_fi_Mx(x:Extended):Extended;_omega_Y(x:Extended):Extended;_sigma_fi_T_fi(x:Extended):Extended;_sigma_I(x:Extended):Extended;

//========================================_betta:Extended;:=0;:=Power(((E*h)/(4*r*r*D)),(1/4));;

//========================================_Temperature(x:Extended):Extended;:=T_max-(T_max-T_min)*((x*x)/(L*L));;

//========================================_Difference:Extended;:=_Temperature(0)-298;;

//========================================_delta(x:Extended):Extended;:=0;:=r*alpha*_Difference;;

//========================================_Mo(x:Extended):Extended;:=2*_betta*_betta*D*_Difference;;

//========================================_Qo(x:Extended):Extended;:=-4*_betta*_betta*_betta*D*_Difference;;

//========================================_omega_DoubleDer(x:Extended):Extended;:=(Power(2.718,(-_betta*x))/(_betta*D))*(_betta*_Mo(x)*(cos(_betta)*x+sin(_betta)*x)+_Qo(x)*cos(_betta)*x);;

//========================================_Mx(x:Extended):Extended;:=D*_omega_DoubleDer(x);;

//========================================_sigma_x_Mx(x:Extended):Extended;:=(6*_Mx(x))/(h*h);;

//========================================_sigma_fi_Mx(x:Extended):Extended;:=mu*_sigma_x_Mx(x);;

//========================================_omega_Y(x:Extended):Extended;:=((power(2.718,(-_betta*x)))/(2*_betta*_betta*_betta*D))*(_betta*_Mo(x)*(cos(_betta)*x-sin(_betta)*x)+_Qo(x)*cos(_betta)*x);;

//========================================_sigma_fi_T_fi(x:Extended):Extended;:=(E*_omega_Y(x))/(r);;

//========================================_sigma_I(x:Extended):Extended;:= Sqrt(abs(_sigma_x_Mx(x)*_sigma_x_Mx(x)+_sigma_fi_T_fi(x)-(_sigma_x_Mx(x)*_sigma_fi_T_fi(x))+_sigma_fi_Mx(x)));;.

Исходный код программы для расчетов параметров ПИДа.

unit sp_gamma;sp_comm;GG_m(n,x:real):real;GG_p(n,x:real):real;Gamm(n,x:real):real;

{Г(n,x)}Gamm_e(n,x:real):real;

{exp(-x)*Г_(n,x)}Gamm_(n,x:real):real;

{Г_(n,x)}EInt_e(n,x:real):real;

{exp(x)*Ei(n,x)}EInt(n,x:real):real;

{Ei(n,x)}ErrF_n(n:integer;x:real):real;

{Фn(x)}ErrF(x:real):real;

{Ф(x)}GG_m;k:integer;s,d,u:real;:=0;k:=0;u:=1;:=u/(1-n+k);s:=s+d;inc(k);u:=-u*x/k;abs(d)<=1e-12*abs(s);_m:=s;;GG_p;k:integer;s,d:real;:=0;k:=0;d:=1;:=s+d;inc(k);d:=(1-n-k)*d/x;(abs(d)<1e-12*abs(s)) or (k+n-1>abs(x));_p:=s;;Gamm;x<9 then Gamm:=x_n(x,n)*GG_m(1-n,x)Gamm:=1/Gamma_1(n)-x_n(x,n-1)*Exp_d(-x)*GG_p(1-n,x);;Gamm_e;x<22 then Gamm_e:=x_n(x,n)*GG_m(1-n,-x)*exp(-x)Gamm_e:=exp_d(-x)/Gamma_1(n)*cos(pi*n)+x_n(x,n-1)*GG_p(1-n,-x);;Gamm_;Gamm_:=exp_d(x)*Gamm_e(n,x);End;EInt_e;ni:integer;m:real;:integer;s,d,u:real;R(n:integer;x:real):real;k:integer;s,d:real;:=Psi_D(1,x);s:=s/(1+x*s);d:=-1;k:=2 to n do begin d:=-d/(k-1);s:=-(s+d)/(k-1+x);end;:=s;;x>9 then EInt_e:=x_n(x,-n)*GG_p(n,x) else:=round(n);m:=n-ni;(abs(m)>0.2) or (n<0.8)EInt_e:=(1/Gamma_1(1-n)-Gamm(1-n,x))*exp(x) else:=0;k:=0;u:=1;k+1<>ni then begin d:=u/(k+1-n);s:=s+d;end else d:=abs(s)+1;(k);u:=-u*x/k;abs(d)<=1e-12*abs(s);_e:=(R(ni,m)+_1(ni)*Gamma_1(ni)*Ln_(x,m)-s*x_n(x,1-n))*exp(x);;;;EInt;EInt:=EInt_e(n,x)*Exp_d(-x);End;FFi_n(n:integer;x:real):real;k:integer;xx,s,d:real;:=0;k:=0;d:=1;xx:=x*x;:=s+d;inc(k);d:=-d*(k+n-0.5)/xx;(abs(d)<=1e-12*abs(s)) or (k+n-0.5>xx);_n:=s;;FFi(x:real):real;k:integer;xx,s,d:real;:=0;k:=0;d:=1;xx:=x*x;:=s+d/(2*k+1);inc(k);d:=-d*xx/k;abs(d)<=1e-12*abs(s);:=2*x*s/sqrt(pi);;ErrF_n;k:integer;xx,s,d:real;abs(x)<pi then:=0;d:=1;xx:=x*x;k:=1 to n do:=s+d;d:=-d*(k-0.5)/xx;;x>=0 then s:=sqrt(pi)*x*Exp_d(xx)*(1-FFi(x))-ss:=sqrt(pi)*x*Exp_d(xx)*(-1-FFi(x))-s;k:=1 to n do s:=-s*xx/(k-0.5);_n:=s;else ErrF_n:=FFi_n(n,x);;ErrF;abs(x)<pi then ErrF:=FFi(x)if x>0 then ErrF:=1-Exp_d(-x*x)/(sqrt(pi)*x)*ErrF_n(0,x)ErrF:=-1-Exp_d(-x*x)/(sqrt(pi)*x)*ErrF_n(0,x);

End;.

unit sp_pit;sp_comm,sp_gamma,sp_bess;Sios(n,z:real):real;Sios_(m,n,z:real):real;Sios__(n,z:real):real;IIbes(b:real):real;FUU(a,z:real):real;FHH(a,z:real):real;FNN(a,z:real):real;Sios;s,d,zz:real;k:integer;:=0;d:=1;k:=0;zz:=z*z;z<10 then:=s+d;inc(k);d:=d*zz/((n+2*k)*(n+2*k+1));abs(d)<=1e-12*abs(s);:=exp(z);:=0.5*(zz-1/zz)/Gamma_1(n)-x_n(z,n+1)*s/(n*(n+1));else:=s+d;inc(k);d:=d*(2*k-n)*(2*k-1-n)/zz;(abs(d)<=1e-12*abs(s)) or (2*k-1-n>z);:=x_n(z,n-1)*s-0.5*Exp_d(-z)*(1-cos(pi*n))/Gamma_1(n);;;Sios_(m,n,z:real):real;so,s,d,zz:real;k:integer;:=z*z;so:=0;d:=1;k:=0;z<10 then:=so+d/(m+2*k+1);inc(k);d:=d*zz/(2*k*(2*k+1));abs(d)<=1e-12*abs(so);:=0;d:=1;k:=0;:=s+d/(m+n+2*k+1);inc(k);d:=d*zz/((2*k+n)*(2*k+n+1));abs(d)<=1e-12*abs(s);_:=x_n(z,m+1)*(so/Gamma_1(n)-x_n(z,n)*s/(n*(n+1)));else:=so+d;inc(k);d:=d*(m-k)/z;(abs(d)<=1e-12*abs(so)) or (k-m>z);:=0;d:=1;k:=0;:=s+d/(m+n-1-2*k);inc(k);d:=d*(2*k-n)*(2*k-1-n)/zz;(abs(d)<=1e-12*abs(s)) or (2*k-1-n>z);_:=0.5/Gamma_1(n)*(((sin(pi*m)+sin(pi*n))/sin(pi*(m+n))-1)/Gamma_1(m)+_d(-z)*(1-cos(pi*n))*x_n(z,m-1)*so)+x_n(z,m+n-1)*s;;;Sios__(n,z:real):real;so,s,d,zz,m:real;k:integer;:=1-n;:=z*z;so:=0;d:=1;k:=0;z<10 then:=so+d/(m+2*k+1);inc(k);d:=d*zz/(2*k*(2*k+1));abs(d)<=1e-12*abs(so);:=0;d:=1;k:=0;:=s+d/(m+n+2*k+1);inc(k);d:=d*zz/((2*k+n)*(2*k+n+1));abs(d)<=1e-12*abs(s);__:=x_n(z,m+1)*(so/Gamma_1(n)-x_n(z,n)*s/(n*(n+1)));else:=so+d;inc(k);d:=d*(m-k)/z;(abs(d)<=1e-12*abs(so)) or (k-m>z);:=0;d:=1;k:=0;:=s+d/(2*k+2);inc(k);d:=d*(2*k-n+2)*(2*k+1-n)/zz;(abs(d)<=1e-12*abs(s)) or (2*k+1-n>z);__:=0.5/Gamma_1(n)*(Exp_d(-z)*(1-cos(pi*n))*x_n(z,m-1)*so-

(1+cos(pi*n))/Gamma_1(m))+ln(z)-Psi(n)-(n-1)*(n-2)*s/zz;;;IIbes;i:real;b<0.2 then:=0.25*b*b;IIbes:=sqrt(0.25+i*(1/6+i*(5/96+i*7/720)))*b/Ibes(1,b);elsei:=Ibes_e(0,b)/Ibes_e(1,b);IIbes:=sqrt((4/b-2*i)*i+2);end;;FUU;s:real;a-z>pi then:= (1-z/a);s:=Errf_n(1,a-z)-s*s*s*Errf_n(1,a)*Exp_d(z*(z-2*a));:=(a-z)*s/(2*sqr(a-z)-s);else:=0.5*(sqr(z-a)+ln(Exp_d(-a*a)+sqrt(pi)*a*(Errf(a)-Errf(a-z))));:=z-a*(1-Exp_d(-2*s));;;FHH;s:real;a-z>pi then:= (1-z/a);s:=Errf_n(1,a-z)-s*s*s*Errf_n(1,a)*Exp_d(z*(z-2*a));:=0.5*ln(a/((a-z)*(1+s/(2*sqr(a-z)-s))));else:=0.5*(sqr(z-a)+ln(Exp_d(-a*a)+sqrt(pi)*a*(Errf(a)-Errf(a-z))));;;FNN;nm,np,n:real;:=1;np:=1.2*np;until ln(0.5*(np+1/np))>FHH(a*sqr(np),z);:=np/1.2;:=0.5*(np+nm);ln(0.5*(n+1/n))>FHH(a*sqr(n),z) then np:=n else nm:=n;abs(1-np/nm)<=1e-10;

FNN:=n;;.