Вороновський Д. К. Оптимізація параметрів холловського двигуна шляхом формування відповідної топології магнітного поля

Електричні двигунні установки широко використовуються на бортах супутників для вирішення проблем орієнтації та стабілізації, підтримки та зміни орбіти, гальмування супутника після закінчення виконання місії. З розширенням діапазону ХД, значне збільшення сумарного імпульсу також підкреслює необхідність розробки високопродуктивних ХД. Загальновідомо, що експлуатаційний ресурс ХД визначається кількістю часу, протягом якого двигун може працювати до того, як плазма в каналі пошкодить магнітну систему. Після повної ерозії діелектричного виходу з розрядного каналу іонний шлейф взаємодіє з внутрішнім і зовнішнім магнітними полюсами і викликає прогресуючу ерозію магнітопроводу. Нова магнітна топологія під назвою "магнітне екранування" (MЕ) була описана для різкого зменшення ерозії каналу, що може призвести до усунення цього режиму відмови ХД. Метою роботи є визначення можливості підвищення тягово-енергетичних та ресурсних характеристик ХД шляхом оптимізації параметрів та топології магнітного поля в двигуні; розробка рекомендацій щодо проектування магнітних систем перспективних ХД. Використання сучасних програм дозволяє визначати азимутальний розподіл і конфігурацію магнітного поля в прискорювальному каналі та в периферійній зоні двигуна, а також отримувати результати, найближчі до реальних. У зв'язку з цим у цій роботі для проведення досліджень магнітного поля ХД, як метод дослідження, було обрано метод математичного моделювання. В програмі необхідно створити користувачем геометрії досліджуваного об'єкта, завдання властивостей матеріалів, методу та точності розрахунку. Таким чином, з урахуванням специфіки досліджуваних об'єктів перед проведенням досліджень виникла потреба у відпрацюванні методики моделювання магнітних систем ХД у ANSYS Maxwell. Сформульовані завдання: 1. проведення аналізу переваг та недоліків існуючих конструкцій та параметрів магнітних систем ХД; 2. розроблення та верифікація методики розрахунку двовимірних та тривимірних розрахункових моделей магнітних систем з урахуванням насичення магнітопроводу; 3. проведення аналізу взаємозв'язку геометричних характеристик зон ерозії стінок розрядних камер двигунів з величиною і топологією магнітного поля у розрядному каналі цих двигунів та прогнозу геометричних характеристик зони ерозії за результатами розрахунку параметрів і топології магнітного поля; Наукова новизна роботи полягає в наступному: 1. удосконалено розрахунок побудови моделей магнітних систем ХД що дозволяють спростити моделювання та обчислення та мінімізувати час розрахунку; 2. визначено кількісний взаємозв'язок між величиною та конфігурацією магнітного поля, параметрами роботи двигуна і протяжністю, і положенням шару іонізації та прискорення в розрядному каналі ХД, що визначають межі зон ерозії стінок розрядної камери, а саме: • встановлено, що межі зон ерозії на зовнішній та внутрішній стінках розрядної камери з боку анода знаходяться на перетині однієї «граничної» силової лінії магнітного поля зі стінками, напруги розряду, форми магнітної лінзи, величини індукції та матеріалу розрядної камери; • положення цієї «граничної» силової лінії обумовлюється величиною k×Brmax по середній лінії розрядної камери (РК). 3. показано, що підвищення тягової ефективності та зниження розмірів зони ерозії стінок розрядної камери у двигуні досягнуто за рахунок оптимізації параметрів і топології магнітного поля.