автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.05, диссертация на тему:Исследование характеристик стационарных плазменных двигателей при длительной работе

УДК 629.7.036.7 На правах рукописи

Приданников Сергей Юрьевич

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК СТАЦИОНАРНЫХ ПЛАЗМЕННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ПРИ ДЛИТЕЛЬНОЙ РАБОТЕ

Специальность 05.07.05 - "Тепловые, электроракетные двигатели и энергетические установки летательных аппаратов"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Калининград, 2003 г.

Работа выполнена в Федеральном Государственном Унитарном Предприятии Опытное Конструкторское Бюро "Факел", г. Калининград

Научный руководитель:

кандидат физико-математических наук, доцент Румянцев Альберт Владимирович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Ходненко Владимир Павлович

кандидат технических наук Бишаев Андрей Михайлович

Ведущая организация:

Центральный научно-исследовательский институт (ЦНИИМАШ), г. Королев

Защита состоится "_"_2004 г. в_на заседании диссертационного

Совета Д212.125.08 в Московском авиационном институте (государственном техническом университете) по адресу: 125993, г. Москва, А-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, д.4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского авиационного института (государственного технического университета).

Автореферат разослан "_"_200 г.

Отзыв на автореферат в одном экземпляре, заверенный печатью, просим выслать по адресу: 125993, г. Москва, А-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, д.4, Ученый Совет МАИ, ученому секретарю диссертационного совета.

Ученый секретарь диссертационного - у /

Совета Д212.125.08, доцент, к.т.н. „ ' Никипорец Э.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ

Стационарные плазменные двигатели (СПД) находят все более широкое применение на борту современных космических аппаратов (КА). Число задач, решаемых СПД, увеличивается, и возрастают требования к тяговым, удельным и ресурсным характеристикам двигателей. В современных технических заданиях (ТЗ) на разработку электроракетных двигателей (ЭРД) одним из основных является требование обеспечения срока активного существования (САС) КА до 12... 15 лет, что возможно при существенном увеличении суммарного импульса и ресурса СПД до 3000 часов и более. Кроме того, в перспективных программах в ходе выполнения маневров требуется многорежимность работы СПД по мощности, тяге, скорости истечения рабочего тела. Эти требования существенно усложняют и удорожают разработку и создание новых двигателей, что определяет необходимость: исследования характеристик существующих СПД при длительной работе и выявление возможностей улучшения их параметров, а также разработки новых моделей СПД и прогнозирования их ресурса.

В результате успешного развития работ по СПД в СССР были созданы численные модели для описания процессов ионизации и ускорения, расчета таких интегральных характеристик СПД, как тяга и ионный ток, расчета эрозии стенок ускорительного канала. Разработаны полуэмпирические модели для расчета интегральных и ресурсных характеристик СПД "параметрического ряда", созданного в ОКБ "Факел". Но ни одна из разработанных к настоящему времени методик не позволяет описать динамику изменения тяговых характеристик двигателей при длительной работе, что необходимо при проведении инженерных расчетов применительно к современным задачам.

Выше изложенное определяет актуальность темы диссертации.

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

В качестве целей работы выбрано выявление возможностей повышения тяговой эффективности СПД при длительной работе и повышения ресурса двигателей, разработка рекомендаций по проектированию СПД перспективных схем с учетом необходимости обеспечения их длительной работы.

Для достижения поставленных целей в работе решались следующие задачи:

1. Анализ результатов длительных испытаний СПД для выявления закономерностей изменения тяговых характеристик при длительной (более 3000 часов) работе;

2. Исследование закономерностей эрозии наиболее нагруженных элементов конструкции двигателей (разрядной камеры, магнитной системы, катодов-компенсаторов) при наработках двигателя более 3000 часов;

3. Разработка методики прогнозирования износа керамических стенок разрядной камеры СПД с учетом теплового состояния элементов конструкции и тягоэнерге-

тических характеристик двигателей, а также разработка методики прогнозирования изменения интегральных параметров при длительной работе;

4. Экспериментальные исследования лабораторных моделей двигателей перспективных схем с повышенными тяговыми характеристиками, прогнозирование их ожидаемого ресурса, разработка методики выбора начальных токов в катушках намагничивания и их изменения при длительной работе;

5. Внедрение предложенных методик и рекомендаций на основе полученных результатов в практические разработки.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ

1. Впервые выявлены закономерности изменения параметров СПД в процессе длительных испытаний (более 3000 часов) в условиях криогенного вакуума (при давлениях в вакуумной камере не более 1,33*10"2 Па по воздуху) и показано, что динамика изменения тяговых характеристик различных двигателей "параметрического ряда" имеет общий характер, связанный с изменением конфигурации выходной части ускорительного канала, свойств стенок разрядной камеры и электропроводящих свойств анода-газораспределителя из-за напыления на них материала, распыленного с выходных участков стенок разрядной камеры.

2. Выявлены новые закономерности износа стенок разрядной камеры при больших степенях ее эрозии, а именно: показано, что характер износа качественно меняется при больших наработках - происходит выдвижение границы зоны эрозии ближе к срезу разрядной камеры и на последней стадии эрозия элементов конструкции может быть объяснена их распылением потоком ионов, обратным основному потоку.

3. Разработана методика расчета износа разрядной камеры с учетом теплового состояния элементов конструкции и тягоэнергетических характеристик СПД.

Новизна отмеченных результатов определяется тем, что до настоящего времени только в ОКБ "Факел" были проведены детальные исследования эрозионных процессов в СПД при их испытаниях длительностью до 9000 часов. Их достоверность подтверждается тем, что они получены на основе анализа результатов испытаний длительностью 2000 .9000 часов более десяти образцов двигателей "параметрического ряда" различных типоразмеров.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ

1. Разработаны рекомендации по повышению стабильности интегральных параметров двигателя (КПД, скорость истечения) на 30...50% при длительной работе за счет начального профилирования стенок ускорительного канала.

т»

2 Выполнен прогноз ресурса (не менее 15000 часов) и предельного суммарного импульса тяги серийного двигателя СПД-100 (не менее 4,5 МНс), показана возможность их повышения в два раза за счет увеличения толщины керамики разрядной камеры, применения новых износостойких материалов и уменьшении эрозии катодов-компенсаторов, а также возможность повышения скорости истечения рабочего тела серийных СПД разработки ОКБ "Факел" свыше 20000 м/с при сохранении достаточно большого ресурса двигателей.

3. Разработаны и экспериментально исследованы модели двигателей перспективных схем с мощностью от 1,5 до 6,0 кВт с диаметрами наружной стенки ускорительного канала 100 и 140 мм, показана возможность повышения тяговой эффективности на (5... 10)%, возможность повышения скорости истечения рабочего тела свыше 30000 м/с, а также возможность обеспечения их большого ресурса, разработаны рекомендации по проектированию таких двигателей.

Отмеченные методики и рекомендации внедрены в проектных разработках ОКБ "Факел", выполненных для предприятий Росавиакосмоса (НПО им. С.А. Лавочкина, КБ "Салют" ГКНПЦ им. М.В. Хруничева, НПО Машиностроения и др.), а также в разработках ОКБ "Факел" для зарубежных заказчиков Space System/Loral, SNECMA, ALCATEL, ASTRIUM, NASA в рамках программы работ совместного предприятия International Space Technology, Inc. (ISTI).

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

1. Модель изменения тягоэнергетических характеристик для "параметрического ряда" СПД при длительной работе.

2. Методика расчета износа стенок разрядной камеры с учетом теплового состояния конструкции и тягоэнергетических характеристик СПД "параметрического ряда".

3. Методика расчета типоразмера разрядной камеры многорежимного СПД, позволяющая выбрать рабочие точки по параметрам разряда, тяге, скорости истечения и суммарному импульсу тяги.

4. Методика выбора начальных токов в катушках намагничивания и их изменения при длительной работе.

5. Результаты длительных стендовых испытаний СПД перспективных схем.

Указанные модели и методики разработаны лично автором, что подтверждается

Заключением ОКБ "Факел" по данной диссертационной работе.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ И НАУЧНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ

Результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технических советах и семинарах в ОКБ "Факел", Калининградском государственном университете, НИИПМЭ МАИ, Проблемном Совете №5 Росавиакосмоса, Конференции 5-го собрания металлове-

дов России, Международном симпозиуме "Фракталы и прикладная синергетика", на 24-й и 26-й Международных конференциях по электроракетным двигателям (1ЕРС), на 33-й и 34-й Объединенных конференциях А1АА по двигателям, 52-ом Международном астронавтическом конгрессе. Основное содержание и результаты диссертационной работы изложены в 17-ти печатных работах и 4-х патентах Российской Федерации.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы задачи и цели работы.

Первая глава диссертации посвящена анализу ресурсных характеристик и разработке методики прогнозирования ресурса СПД.

В главе рассмотрены результаты длительных испытаний СПД в восьмидесятых годах в условиях с ограниченной имитацией натурных условий по размерам вакуумных камер и чистоте вакуума. На основе анализа результатов длительных испытаний СПД-70 и СПД-100 показано, что нестабильность тягоэнергетических параметров в процессе наработки в большинстве случаев определяются условиями стендовых испытаний, а также эрозией изолятора разрядной камеры. Показано, что при работе в криогенных вакуумных камерах большого размера основным источником загрязнения канала двигателей является распыление изолятора разрядной камеры.

Также рассматриваются

достижения в длительных испытаниях СПД-100 в девяностых годах в криогенном вакууме. В результате испытаний двух двигателей при напряжении разряда 300 В и токе разряда 4,5 А получены уникальные результаты (рис. 1): один двигатель (БРТ-ЮО #05) испытывался в ОКБ "Факел" и, проработав 7424 часа (начальные 7008 часов без вскрытия вакуумной камеры), остался в работоспособном состоянии. Второй двигатель (БРТ-ЮО #03) испытывался в США и в ОКБ "Факел", его наработка составила 9066 часов при 8883 включениях (8337 ч и 7991 включение па одном катоде), суммарный импульс двигателя - 2,69 МНс (при работе на одном катоде -2,47 МН с).

Характер изменения тяги этих двух двигателей, испытывавшихся в России и США, идентичен и позволил выделить четыре характерных участка:

1) снижение тяги в начальные 100...200 часов испытаний на 3...5 мН;

2) стабилизация тяги после 600 часов на значении 78...80 мН;

к!) и и _ ГА - •¡и,

- --- №03| [■ №05; _. -

— - - -

0 2000 4000 6000 8000 10000

Наработка, час

Рис. 1. Динамика изменения тяги при длительных испытаниях БРТ-ЮО #03 и 05

3) увеличение тяги на I...2 мН после 1200 ..1500 часов;

4) стабилизация тяга на значении 81 ...83 мН до 9000 часов.

В следующих разделах первой главы рассмотрены закономерности эрозии стенок разрядных камер и выполнено расчетное прогнозирование эрозионных процессов по торцу разрядной камеры и при укорачивании изолятора к аноду.

На основании анализа методик расчета износа разрядных камер для прогноза эрозии керамики СПД была выбрана за основу логарифмическая модель, предложенная В.П Кимом, одна из разновидностей которой применялась В.А. Петросовым и которая используется в диссертационной работе:

г = Aln(l t at), (1)

где г - величина эрозии, мм; t - время работы, ч;

А и м - коэффициенты, зависящие от размера двигателя, материала разрядной камеры и режима работы двигателя.

Анализ длительных испытаний показал, что эффективная работа СПД во многом определяется конфигурацией магнитного поля, которое связано с формой и взаимным расположением деталей магнитной системы Поэтому в расчете ресурса двигателя важным представляется определение момента времени начала эрозии элементов магнитной системы. В главе проанализирован процесс укорочения наружного изолятора в сторону анода при различной толщине стенки камеры с использованием зависимости, подобной зависимости (1) (на рис.2 кривая 1 соответствует толщине 6 мм, а кривая 2 толщине 7,5 мм), с учетом замедления эрозионных процессов при изменении угла падения ионов, уменьшении плотности ионного тока и энергии ионов, выпадающих на изолятор. Результаты этих расчетов были экспериментально подтверждены при последующих испытаниях одного из SPT-100 во Франции (кривая 2 на рис.2), что показало приемлемость использованного в работе подхода к расчету укорочения изолятора.

.-."i. -

Толщина наружной станки

1=

■ - Прогноз для внутренней стенки —Прогноз для наружной стенки

хв 2

¿5

О л

V

X ?

1 1 Положение наружного полюса

у/ t / — / -7 1 ' ! / 2 - — -

4000 Время, ч

2000

3000 Наработка, час

4000

Радиальное направление Осевое направление

Рис. 2. Прогноз и экспериментальная величина эрозии разрядной камеры СПД-100

при длительных испытаниях

В главе также выполнен анализ особенностей эрозионных процессов в разрядной камере при длительной работе двигателя и выявлены качественно новые закономерности развития этих процессов при больших временах работы СПД, а именно:

- при достижении степени уширения канала разрядной камеры ~45 градусов из-за эрозии стенок, имеет место стабилизация положения зоны эрозии с образованием геометрических уступов на стенках разрядной камеры, а при дальнейшем увеличении наработки происходит выдвижение границы зоны эрозии к срезу изолятора;

- эрозия камеры и других элементов конструкции двигателя, находящихся вне зоны действия основного потока ионов, что было объяснено их распылением потоком "медленных" ионов, образованных на выходе зоны ускорения.

"Медленные" ионы могут ускоряться в направлении обратном основному потоку электрическим полем, искривленным изменением параметров плазмы в "теневых" зонах, где реализуется большой градиент электронного давления, и под воздействием потенциала металлических элементов конструкции двигателя, вскрывшихся из-за

эрозии наружного изолятора у "медленными" ионами в обратном направлении наружного полюса (рис. 3).

По результатам прямых измерений, изучения рентгенограмм и расчетов выполнен анализ ресурса таких элементов двигателя, как магнитные полюса, поджигной электрод, эмиттер катодов-компенсаторов. Показано, что для СПД-100 существующей конструкции суммарный импульс может быть повышен с 2,5 МН с до 4...5 МН с, а расчетный ресурс элементов составит:

- по разрядной камере не менее 15000 часов;

- по магнитной системе не менее 15000 часов;

- по геттеру катода-компенсатора не менее 15000 часов;

- по эмиттеру катода-компенсатора не менее 15000 часов;

- по поджигному электроду катода-компенсатора не менее 10000 часов.

В заключительной части первой главы даны рекомендации по повышению ресурса СПД-100 за счет увеличения толщины керамики разрядной камеры, применения новых износостойких материалов и уменьшения эрозии катодов-компенсаторов. Это позволит сдвинуть начало эрозии магнитной системы к 25000 часам, увеличить время работы катодов до 15000 часов и более при увеличении суммарного импульса двигателя до 7,5 МН с.

Предложена также модель изменения тяги при длительной работе СПД, описывающая ее взаимосвязь с эрозией элементов конструкции и процессами накопления собственных продуктов распыления в разрядной камере. Эта модель основана на представленных выше результатах уникальных длительных непрерывных испытаний в криогенном вакууме, обеспечивших высокую их воспроизводимость: различия в значениях тяги двух двигателей 8РТ-100 #03 и #05 не превышают 1,5% и характер изменения тяги этих двигателей идентичен.

Эквипотенциали

электрического

поля

у* Наружный - /полюс

Наружный изолятор

Рис. 3. Схема эрозии элементов двигателя

\

Обойма со следами эрозии

Упомянутая модель описывает динамику изменения тяги (Р) при длительной работе, отнесенной к тяге в начальный момент испытаний (Рцлч) в безразмерном виде. На рис. 4 в качестве примера показано, что изменение тяги двигателя БРТ-ЮО #05 во времени описывается с точностью ±2,5% предложенной аппроксимирующей функцией:

= -е", (2)

" НАЧ

где - отношение Р/РНач в начальный момент испытаний; I - время работы, ч; а; Ь и с - эмпирические коэффициенты.

На примере пяти различных двигателей: СПД-70, СПД-100, РР81350, имеющих наработку от 1800 до 7500 часов показано, что разброс отношения Р/Рнач для всех этих двигателей укладывается в диапазон ±6%. Разброс отклонений значений тяги для каждого из пяти двигателей составляет ±2,5% как и для двигателя 8РТ-100 #05 (рис. 4), что находится в пределах погрешности измерения тяги. Так как двигатели отличаются по размеру наружного диаметра канала разрядной камеры (70... 100 мм) и по мощности разряда от 650 до 1500 Вт, то для сравнения изменения параметров необходимо выбрать критериальный параметр В качестве такого параметра в работе выбран суммарный импульс:

Р. =

(3)

о

где П - тяга двигателя;

\ - индекс для обозначения СПД (70; 100 и т.д). Изменения параметров в зависимости от суммарного импульса приведены к одному масштабу, например, к размеру и мощности СПД-100, с помощью введенного параметра:

рприв _

рпри« _ °спдт "спдт Гр. ^ 1 V N ' ' '

°СПД-1 пСПД-1 о

(4)

где , - площадь канала разрядной камеры;

/V, т_, - мощность разряда.

Если выразить площадь Б каждого ¡-го двигателя через геометрические размеры разрядной камеры, то:

Г>ср ал/' '

рприв _ "спдт 'Л пят "(плюо Г р.^ — д Г/г

1 П1р А N ' ' ' ■> ' '

ыСПД-1 иСПД-1 СПД г (I о

где , - средний диаметр канала разрядной камеры двигателя;

6, ад., - ширина канала разрядной камеры двигателя;

А1 - коэффициент подобия для ¡-го двигателя по отношению к СПД-100.

На рис. 5 показаны изменения параметра Р/Рнач для пяти СПД в зависимости от "приведенного" суммарного импульса (5), что позволяет выявить характерные участки изменения тяги, присущие различным двигателям. Как видно, построенные зависимости совпадают по характеру изменения тяги (снижение, минимум, подъем и стабилизация).

Время, час Приведенный суммарный импульс, Н-с

Рис. 4. Изменение тяги и модель Рис. 5. Изменения тяги от

изменения тяги вРТ-ЮО #05 в "приведенного" суммарного импульса в

длительных испытаниях длительных испытаниях

Таким образом, впервые показана идентичность изменения тяговых характеристик различных двигателей СПД "параметрического ряда" в зависимости от выработки суммарного импульса с учетом размеров и мощности двигателя, и тем самым показано, что можно прогнозировать изменения данных параметров для вновь разрабатываемых двигателей.

Во второй главе рассматривается методика расчета параметров двигателей "параметрического ряда" СПД с учетом длительности их работы, приведены результаты исследований двигателей новых конструктивных схем, позволяющих повысить тяговые и ресурсные характеристики; разработаны методики определения стабильности параметров перспективных двигателей при длительной работе.

За основу методики расчета характеристик СПД "параметрического ряда" выбрана методика, предложенная д.т.н. H.A. Масленниковым, которая уточнена в части влияния интегральных потерь разрядного напряжения на параметр обмена (у), критический расход (туд1(р) и тягу (F). Результаты экспериментальных данных для двигателя СПД-140 показаны на рис.6

в сравнении с базовой и предложенной ри£ 6 Сравнение результатов испытаний с автором откорректированной моделью, исходной „ откорректированной моделями которая имеет следующий вид: для та парамСтРов двигателя СПД-140

О 2000 4000 6000 8000

Мощность разряда, Вт

у = 0,731 к,

1,25 + 1,36 | j-

ехр

0,063

U - &U U..

'А

(6)

где и - напряжение разряда, В;

Ди - интегральная доля потерь энергии, В;

икр=50 В - критическое напряжение;

Ь - ширина канала, мм;

Ькр=65 мм - критическая ширина канала;

<1 - наружный диаметр канала, мм;

с1кр=30 мм - критический наружный диаметр канала;

к! - эмпирический коэффициент.

/^ЦИЗА,—- 1-ехр 1//11

"'„,.,«. V и Я (<М ь

-0,1

{/-(/„, ехр

К »и». * (<М Ь(ь,

N

(7)

где N - мощность разряда, Вт;

Пул кр 0=4*10'5 мг/(с мм2) - обобщенное критическое значение

расходонапряженности;

к2 и к3 - эмпирические коэффициенты.

На базе откорректированной модели расчета параметров двигателей "параметрического ряда" с учетом данных НИИПМЭ МАИ по термозависимой эрозии традиционной керамики БГП-10 (нитрид бора и двуокись кремния) и данными, полученными на основе теплового анализа элементов конструкции двигателя, был выполнен комплексный расчет многорежимного СПД для различных параметров разряда, тяг, скоростей истечения и суммарных импульсов.

В главе также приведены результаты исследований двигателей новых конструктивных схем. Исследованы двигатели, позволяющие повысить тяговую эффективность за счет сокращения протяженности ЕхВ слоя путем воздействия на конфигурацию магнитного поля в выходной части разрядной камеры и у анода, а также применением проводящих стенок в выходной части канала разрядной камеры. Это позволяет за счет снижения интенсивности взаимодействия плазмы со стенками разрядной камеры сократить протяженность зоны ускорения, улучшить фокусировку ионного потока и повысить тяговые и ресурсные характеристики. Изучалось также влияние дополнительной, так называемой "катодной" катушки намагничивания, позволяющей изменять топологию и уровень магнитного поля в зоне расположения катодов-компенсаторов, влияющих на ресурс катодов.

Влияние дополнительных катушек на магнитное поле в канале, на выходе разрядной камеры и снаружи двигателя с различными величинами токов в катушках намагничивания и конструктивными размерами было продемонстрировано расчетами (рис. 7), а затем и экспериментами (см. рис. 8).

Одна из исследованных конструктивных схем с усовершенствованной магнитной системой показана на рис. 9, а характеристики исследованных моделей в сравнении с параметрами СПД-100 представлены в таблице.

без анодной катушки

с анодной катушкой

Рис. 7. Влияние дополнительной анодной катушки на конфигурацию магнитного поля в канале разрядной камеры

-Ток анодной катушки -3.4 А

Ток анодной катушки О А г Ток анодной катушки »3 4 А

-20 -10 0 10 20 30 Расстояние вдоль оси канала, мм

Рис. 8. Влияние дополнительной анодной катушки на распределение радиальной составляющей магнитной индукции по длине разрядной камеры

Рис. 9. Конструктивная схема лабораторной модели СНД-100МА

Сравнительные параметры двигателя СПД-100 и исследованных моделей

Параметр СПД-100 СПД-100МА А61 SPT-100N

Мощность, Вт 1350 1350 1350 1350

Напряжение разряда, В 300 350 350 300

Ток разряда, А 4,50 3,85 3,85 4,50

Тяга, мН 83,0 83,9 83,9 87,3

Суммарный расход, мг/с 5,50 4,50 4,55 5,00

Скорость истечения, м/с 15100 18600 18400 17500

Цена тяги, Вт/мН 16,2 16,1 16,1 15,5

Полный КПД 0,46 0,57 0,57 0,58

Колебания разрядного тока (RMS), А 1...2 0,1...0,2 0,1...0,2 0,1-0,2

Расходимость струи плазмы (90% ионного тока), град 45 30 30 34

Как видно из таблицы, разработанные и исследованные модели СПД имеют по некоторым из параметров, например, КПД, скорость истечения, расходимость плазменной струи существенное преимущество перед СПД-100. Достоверность приведенных результатов подтверждена испытаниями двигателей на четырех различных стендах в ОКБ "Факел" и демонстрационными испытаниями в З^СМА/ЭЕР (Франция). Проведенные эрозионные испытания позволили прогнозировать также достаточно большой ресурс исследованных моделей.

Исследования перспективных

двигателей потребовали также

создания методик их испытаний в

части определения устойчивости

работы двигателя. Автором

разработана методика выбора

начальной оптимизации токов в

катушках намагничивания (рис. 10),

обеспечивающих устойчивость тока

разряда и среднеквадратичной

амплитуды колебаний тока разряда

к изменению токов в катушках

намагничивания при длительной

работе двигателя.

намагничивания

В третьей главе представлены основные результаты разработки двигателей РР81350 и СПД-140, при создании которых использованы как результаты математических моделей для расчета их параметров и изменения этих параметров при длительной работе, так и отмеченные выше результаты разработки и исследований перспективных моделей двигателей с улучшенной топологией магнитного поля, защищенные патентами Российской федерации.

< 4,5

~1р<0.3 А ■ ~|р<0.15 А 1р<0.16 А+10%

4 4,2 4,4 4,6 4,8 5

Ток наружной катушки, А Рис. 10. Зона устойчивой работы SPT-100N при регулировании токов в катушках

Рассмотрены результаты создания двигателя РР81350 с анодной катушкой намагничивания. В конструкции этого двигателя внедрены также предложения, направленные на повышение ресурса катодов-компенсаторов, разработанные на основе исследований, выполненных в НИИПМЭ МАИ и ОКБ "Факел", подтвердившие свою эффективность и практическую ценность при длительных испытаниях. В частности, в двигателе РРБ1350 практически отсутствует эрозия поджигного электрода у основного и резервного катодов-компенсаторов, обнаруженная в испытаниях 8РТ-100 #03 (рис. 11).

SPT-100 #03

Рис. 11. Катоды-компенсаторы после наработки 5000 часов

Вторая часть третьей главы посвящена разработке перспективного многорежимного двигателя СПД-140, применение которого планируется в диапазоне мощностей от 2 до 6 кВт и разрядных напряжений от 300 до 600 В. Это потребовало разработать модель эрозии разрядной камеры, учитывающую возрастающие удельные нагрузки на материал разрядной камеры. С использованием зависимости (1) и данных полученных в НИИПМЭ МАИ по термозависимой эрозии, существенно расширена применимость эрозионной модели для двигателей СПД параметрического ряда:

г = f(t, /, U, 77, /, Д Ь, Т, Sv), (8)

где г - линейная величина эрозии по срезу керамики;

I - время работы;

I и U - ток и напряжение разряда;

7 - КПД двигателя;

I - величина зоны эрозии в осевом направлении от среза камеры к аноду;

Dub- диаметр и ширина канала двигателя;

Т - темперагура керамики;

Sv - коэффициент распыления материала;

Коэффициент А в выражении (1) зависит от материала керамики и, в частности, от коэффициента распыления S

А = Ао-к. Ао,

Svo ' (9)

где А„ - коэффициент базового двигателя (в данном случае СПД-100);

Svo - коэффициент распыления материала керамики базового двигателя (в

данном случае БГП-10);

\ - коэффициент распыления материала керамики для прогнозируемого

двигателя (в случае БГП-10 отношение коэффициентов распыления равно 1);

С учетом этого величина со в выражении (1) будет зависеть от следующих факторов:

а> = к1 к, к, кь к6 к7 ао = К а>0, (10)

где ю„ - коэффициент базового двигателя (в данном случае СПД-100); кг = %о - мощность базового и прогнозируемого двигателей;

= у/ - КПД базового и прогнозируемого двигателей;

к4 = 1еу1е). - ширина пояска эрозии базового и прогнозируемого двигателей;

= - средние диаметры каналов разрядных камер;

кс = ьуЬк - ширина каналов разрядных камеры;

А, = у,, - коэффициенты термозависимой эрозии двигателей;

Тогда с учетом (8), (9) и (10) выражение (1) для величины эрозии по торцу изолятора разрядной камеры СПД примет вид:

г = А 1п(1 + а-() = *,-Ао 1п(1 + Л: а>„ /) (11)

Данная методика апробирована в испытаниях двигателя СПД-100 при мощности до 3,5 кВт и скоростью истечения до 30000 м/с, разработке и длительных испытаниях двигателя СПД-140, разработке двигателей СПД-70 и СПД-200 для перспективных КА. Пример сравнения расчетной величины эрозии разрядной камеры по выражению (11) с экспериментальными данными, полученными дистанционным бесконтактным методом измерения и прямым инструментальным измерением для двух двигателей ДМ2 и ДМ5, показан на рис. 12. Следует отметить, что прогноз выполнен до начала испытаний.

Разработка СПД-140 и других перспективных СПД со скоростями истечения на уровне 30000 м/с и повышенными требованиями к суммарному импульсу показали, что применяемая керамика БГП-10 не обеспечивает длительную высокоэффективную работу СПД. Например, при напряжениях разряда выше 600 В перегревается керамика разрядной камеры и ухудшаются параметры двигателя из-за роста электронной составляющей тока разряда. Вероятной причиной такого поведения является состав БГП-10, который содержит значительный процент двуокиси кремния, физические свойства которого не обеспечивают работоспособность в плазме при высоких температурах. Поэтому в рамках диссертационной работы были выполнены исследования новых материалов разрядных камер с целью снижения возможного риска усиления термозависимой эрозии и повышения ресурса двигателей, и скорости истечения рабочего тела СПД. В частности, были выполнены исследования нитридбор-

- Прогноз

' Дистанционное измерение ДМ2 > Прямое измерение ДМ2 * Дистанционное измерение ДМ!

300

600 900

Наработка, ч

1200

1500

Рис. 12. Прогноз эрозии СПД-140 по срезу внутреннего изолятора и реальные данные по эрозии

ной керамики АХ05, производства Saint-Gobain США, с более высокими эрозионными (в два раза лучше БГП-10) и тепловыми характеристиками. Эти исследования позволили применить данный материал в разрядной камере высокоимпульсного СПД и достичь на этом двигателе разрядного напряжения 1200 В и скорости истечения 36000 м/с, чего не удавалось достичь с керамикой БГП-10. Прямые длительные испытания керамики АХ05 в двигателе СПД-140 при наработке до 300 часов показали, что параметры двигателя с материалом АХ05 стабильнее параметров СПД-140 с керамикой БГП-10, как во времени, так и при изменении параметров магнитного поля.

В главе рассмотрены также результаты исследований перспективного отечественного материала С00, близкого по эрозионным свойствам к АХ05. Керамика С00 позволила СПД работать без перегревов разрядной камеры при повышенных до 800 В разрядных напряжениях, что дает возможность- рассматривать ее как перспективный материал для СПД со скоростями истечения выше 20000 м/с. При этом температура разрядной камеры снижается почти на 100°С по отношению к БГП-10. Результаты испытаний опытных образцов керамики показали, что имеется возможность использования в СПД отечественных нитридборных керамик, не уступающих по характеристикам лучшим зарубежным образцам. Очевидно также, что необходимо продолжение данных исследований.

Созданная методика расчета износа разрядной камеры была использована для обоснования параметров двигателя СПД-140 в проекте "Фобос-Грунт", где двигатель на орбите Земли начинает работать с мощности 6,0...6,5 кВт, а к орбите Марса мощность снижается до 2,5...3,0кВт. Такой расчет износа керамик БГП-10 и АХ05 показан на рис. 13 и видно, что СПД-140 имеет запас по эрозионным процессам, и суммарный импульс двигателя составит не менее 9 МН с, т.е. один СПД-140 может выработать суммарный импульс, требуемый для программы "Фобос-Грунт". В случае применения перспективных износостойких керамических материалов АХ05 или С00 двигатель имеет двукратный запас по эрозионным процессам, что позволяет снизить сухую массу двигательной установки (ЭРДУ) более чем на 10 кг, сократив количество СПД-140 в составе ЭРДУ с трех до двух и увеличив при этом массу полезной нагрузки.

В третьей главе представлены результаты выполненного автором исследования пространственного распределения параметров струи плазмы СПД-140 при длительной наработке: плотности ионного тока и энергетического спектра ионов. Данные исследования были использованы при расчете взаимодействия струи плазмы СПД-140 с элементами конструкции КА "Фобос-Грунт".

Наработка, ч

Рис. 13. Прогноз эрозии внутреннего изолятора СПД-140 для программы "Фобос-Грунт"

В Заключении диссертации сформулированы следующие выводы:

1. В результате исследований длительной работы СПД показана возможность повышения суммарного импульса СПД-100 с 2,5 до 4...5 МН с (увеличение времени работы до 15000 часов), выявлены новые закономерности износа разрядной камеры и изменения его тяговых параметров во времени, а именно:

- при достижении степени уширения канала разрядной камеры -45 градусов из-за эрозии стенок, имеет место стабилизация положения зоны эрозии с образованием геометрических уступов на стенках разрядной камеры, а при дальнейшем увеличении наработки происходит выдвижение границы зоны эрозии к срезу изолятора;

- при больших степенях уширения канала разрядной камеры основным фактором износа становится эрозия керамики и других элементов конструкции, осуществляемая обратным по направлению к основному потоком ионов, что приводит к качественному изменению профиля стенок разрядной камеры;

- выявлено подобие изменения тяговых параметров СПД различных типоразмеров при длительной работе, что может быть объяснено одинаковым характером влияния на работу и характеристики двигателей осажденных пленок от собственных загрязнений на стенках разрядной камеры и динамики изменения геометрии ускорительного канала.

2. На основе полученных при исследованиях данных разработаны следующие методики прогнозирования параметров СПД:

- методика прогнозирования износа разрядной камеры СПД в зависимости от свойств материала керамики, геометрических размеров, мощности и КПД двигателей;

- методика расчета изменения интегральных параметров СПД с учетом износа разрядной камеры при длительной работе.

3. Разработана методика начального выбора токов в катушках намагничивания и выбора значений токов катушек в длительной работе при оптимизации по минимуму тока разряда и минимуму среднеквадратичных значений колебаний тока разряда. Выполнены исследования влияния параметров конструкции и режимов работы перспективных моделей СПД на их интегральные характеристики. Показано, что новые технические решения в виде дополнительных анодной и катодной катушек намагничивания дают возможность снизить уровень колебаний тока разряда с 1...2 до 0,1...0,2 А, повысить тягу с 83 до 87 мН, КПД с 0,46 до 0,57, снизить расходимость плазменной струи с 45 до 30 градусов за счет повышения градиента магнитного поля в канале и снижения магнитного поля рассеивания снаружи двигателя. Проведенные эрозионные испытания ряда моделей двигателей перспективных схем позволяют прогнозировать повышение интегральных и ресурсных характеристик перспективных СПД при длительных испытаниях.

4. Предложенные методики и рекомендации на основе полученных результатов внедрены при разработке перспективных двигателей РРБ1350 и СПД-140 и могут быть использованы при создании СПД нового поколения с повышенными ресурсными и интегральными характеристиками.

В приложениях приведены методика бесконтактного определения эрозии разрядной камеры и методика определения погрешности КПД.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. В. Arkhipov, М. Day, N. Maslennikov, R. Gnizdor, S. Pridannikov, et al, "The Results of 7000 Hour SPT100 Life Testing", paper IEPC-95-039, 24,h International Electric Propulsion Conference, Moscow, Russia, 1995.

2. M. Bekrev, M. Day, S. Pridannikov, et al, "Integrated Test of an SPTI00 Subsystem", paper AIAA-97-2915, 33rd Joint Propulsion Conference, Seattle, 1997.

3. R. Gnizdor, K. Kozubsky, A. Koryakin, N. Maslennikov, S. Pridannikov, M. Day, "SPT100 Life Test with Single Cathode up to Total Impulse Two Million N-sec", paper AIAA-

98-3790, Joint Propulsion Conference, 1998.

4. А. Тарасов, В. Мурашко, С. Приданников, "Вакуумная термическая обработка сварных и паяных магнитопроводов для технологических источников плазмы и ЭРД МТ", Сварочное производство, №11, 1998, с. 23-27.

5. К. Kozubsky, S. Kudriavtzev, Y. Lysikov, S. Pridannikov, "Study of Gas-Electrical Terminal in SPT", paper IEPC-99-062, 26th International Electric Propulsion Conference, Kitakyushu, Japan, 1999.

6. K. Kozubsky, S. Kudriavtzev, S. Pridannikov, "Plume Study of Multimode Thruster SPT-140", paper IEPC-99-073, 26th International Electric Propulsion Conference, Kitakyushu, Japan, 1999.

7. V. Gopantchuk, K. Kozubsky, N. Maslennikov, S. Pridannikov, "Performance of Stationary Plasma Thruster PPS1350 and its Qualification Status in Russia", paper 1EPC-99-086, 26,h International Electric Propulsion Conference, Kitakyushu, Japan, 1999.

8. R. Gnizdor, V. Kim, K. Kozubsky, N. Maslennikov, V. Murashko, S. Pridannikov, "Performance and Qualification Status of Multimode Stationary Plasma Thruster SPT-140", paper IEPC-99-090, 26lh International Electric Propulsion Conference, Kitakyushu, Japan, 1999.

9. K. Kozubsky, N. Maslennikov, S. Pridannikov, A. Rumiantzev, "Study of Long Operation Capacity of Stationary Plasma Thruster SPT-100 at Power 3500 W", paper IEPC-

99-120, 26,h International Electric Propulsion Conference, Kitakyushu, Japan, 1999.

10. A. Tarasov, V. Murashko, S. Pridannikov, "Vacuum Heat Treatment of Welded and Soldered Magnetic Circuits", Welding International, 13 (5), 1999, p. 409-412.

11. А. Тарасов, В. Панфилов, С. Приданников, "Вакуумная термическая обработка стали 10880 с эрозионно-стойкими покрытиями ", Металловедение и термическая обработка металлов, №10, 2000, с. 15-18.

12. А. Нестеренко, С. Приданников, "Перспективы развития СПД с высоким удельным импульсом", доклад на НТС ОКБ "Факел", июнь 2000.

13. Р. Гниздор, А. Тарасов, С. Приданников, "Особенности структурных изменений стали 12Х18Н10Т в процессе термического воздействия плазмы ЭРД", Конференция 5-го собрания металловедов России, Краснодар, КубГТУ, 2001, с. 231-234.

14. G. Popov, V. Obukhov, V. Murashko, A. Koryakin, S. Pridannikov, et al, "Development of Electric Propulsion System Based on SPT-140 for "Phobos-Soil" Mission", paper IAF-01-Q.3.b.05, 52nd International Astronautical Congress, Toulouse, France, October 2001.

15. P. Гниздор, E. Наймановская, С. Приданников, А. Тарасов, "Компьютерное моделирование и анализ самоорганизации поверхностей при воздействии плазмы ЭРД на сталь 12Х18Н10Т", Сборник трудов "Фракталы и прикладная синергетика", Москва, МГОУ, 2001, с. 164-165.

16. С. Приданников, А. Румянцев, "Ресурсные характеристики стационарных плазменных двигателей", Проблемы математических и физических наук: Материалы постоянных научных семинаров. - Калининград: Изд-во КГУ, 2001, с. 112-114.

17. Мурашко В.М., Тарасов А.Н., Приданников С.Ю., "О конструкторско-технологических особенностях применения термостойких керамик на основе BN". Сборник "Итоги диссертационных исследований", М.: РАН, 2003 (в печати).

18. Гопанчук В.В., Гниздор Р.Ю., Козубский К.Н., Приданников С.Ю. Плазменный двигатель с замкнутым дрейфом электронов. Патент РФ на изобретение №2188337 RU, 12.07.2000.

19. Гопанчук В.В., Гниздор Р.Ю., Козубский К.Н., Приданников С.Ю. Плазменный двигатель с замкнутым дрейфом электронов. Патент РФ на изобретение №2188521 RU, 12.07.2000.

20. Гопанчук В.В., Козубский К.Н., Мурашко В.М., Приданников С.Ю. Плазменный двигатель с замкнутым дрейфом электронов. Патент РФ на изобретение №2191291 RU, 04.10.2000.

21. Гопанчук В.В., Гниздор Р.Ю., Козубский К.Н., Приданников С.Ю. Плазменный двигатель с замкнутым дрейфом электронов. Патент РФ на изобретение №2202049 RU, 04.10.2000.

»10082

РНБ Русский фонд

2005-4 1001

1. ИССЛЕДОВАНИЯ РЕСУРСНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

1.1 Ресурсные испытания СПД в разработках восьмидесятых годов.

1.1.1 Условия проведения ресурсных испытаний М100.

1.1.2 Определение величины загрязнения двигателя.

1.1.3 Влияние механической чистки изолятора разрядной камеры на параметры двигателей.

1.2 Ресурсные испытания СПД в разработках девяностых годов.

1.2.1 Оборудование стенда для ресурсных испытаний.

1.2.2 Основные результаты ресурсных испытаний.

1.3 Эрозия двигателя.

1.3.1 Ресурс анодного блока.

1.3.1.1 Ресурс разрядной камеры.

1.3.1.2 Прогноз величины эрозии по торцу изолятора.

1.3.1.3 Прогноз величины эрозии при укорачивании изолятора.

1.3.1.4 Ресурс магнитной системы.

1.3.1.5 Ресурс других элементов анодного блока.

1.3.2 Эрозия катодов-компенсаторов.

1.3.2.1 Ресурс геттера.

1.3.2.2 Ресурс эмиттера.

1.3.2.3 Эрозия поджигного электрода.

1.4 Количество распыленного материала.

1.5 Повышение ресурса анодного блока СПД-100.

1.6 Повышение ресурса катодов.

1.7 Подобие параметров двигателей "параметрического ряда" при длительной работе.

1.8 Прогнозирование параметров двигателей "параметрического ряда" при длительной работе.

2. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ХАРАКТЕРИСТИК МНОГОРЕЖИМНЫХ СПД "ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО РЯДА". ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗРАБОТКА НОВЫХ КОНСТРУКТИВНЫХ СХЕМ ДВИГАТЕЛЕЙ.

2.1 Методика расчета характеристик СПД "параметрического ряда".

2.1.1 Модель параметров СПД.

2.1.2 Методика выбора оптимального типоразмера двигателя.

2.2 Исследования и разработка новых конструктивных схем двигателей.

2.2.1 Направления совершенствования конструктивных схем двигателей.

2.2.2 Совершенствование и исследования конструктивных схем двигателей.

2.2.3 Модель СПД-100И с графитовыми вставками на базе СПД- ¡00.

2.2.4 Модели А61 и СПД-ЮОМА на базе СПД-100.

3. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАЗРАБОТКИ ДВИГАТЕЛЕЙ PPS1350 И СПД

3.1 Разработка двигателя PPS 1350.

3.1.1 Основные результаты ресурсных испытаний PPS1350.¡

3.1.2 Эрозия двигателя.

3.2 Разработка двигателя СПД-140.

3.2.1 Параметры СПД-140.

3.2.2 Диапазон регулирования СПД-140.

3.2.3 Ресурсные характеристики СПД-140.

3.2.4 Параметры струи плазмы СПД-140.

Стационарные плазменные двигатели (СПД) находят все более широкое применение на борту современных космических аппаратов (КА). Число задач, решаемых СПД, увеличивается, и возрастают требования к тяговым, удельным и ресурсным характеристикам двигателей. В современных технических заданиях (ТЗ) на разработку электроракетных двигателей (ЭРД) одним из основных является требование обеспечения срока активного существования (САС) КА до 12. 15 лет, что возможно при существенном увеличении суммарного импульса и ресурса СПД до 3000 часов и более. Кроме того, в перспективных программах в ходе выполнения маневров требуется многорежимность работы СПД по мощности, тяге, скорости истечения рабочего тела. Эти требования существенно усложняют и удорожают разработку и создание новых двигателей, что определяет необходимость: исследования характеристик существующих СПД при длительной работе и выявление возможностей улучшения их параметров, а также разработки новых моделей СПД и прогнозирования их ресурса.

В результате успешного развития работ по СПД в СССР были созданы численные модели для описания процессов ионизации и ускорения, расчета таких интегральных характеристик СПД, как тяга и ионный ток, расчета эрозии стенок ускорительного канала. Разработаны полуэмпирические модели для расчета интегральных и ресурсных характеристик СПД "параметрического ряда", созданного в ОКБ "Факел". Но ни одна из разработанных к настоящему времени методик не позволяет описать динамику изменения тяговых характеристик двигателей при длительной работе, что необходимо при проведении инженерных расчетов применительно к современным задачам.

В качестве целей работы выбрано выявление возможностей повышения тяговой эффективности СПД при длительной работе и повышения ресурса двигателей, разработка рекомендаций по проектированию СПД перспективных схем с учетом необходимости обеспечения их длительной работы.

Для достижения поставленных целей в работе решались следующие задачи:

1. Анализ результатов длительных испытаний СПД для выявления закономерностей изменения тяговых характеристик при длительной (более 3000 часов) работе.

2. Исследование закономерностей эрозии наиболее нагруженных элементов конструкции двигателей (разрядной камеры, магнитной системы, катодов-компенсаторов) при наработках двигателя более 3000 часов.

3. Разработка методики прогнозирования износа керамических стенок разрядной камеры СПД с учетом теплового состояния элементов конструкции и тягоэнергетических характеристик двигателей, а также разработка методики прогнозирования изменения интегральных параметров при длительной работе.

4. Экспериментальные исследования лабораторных моделей двигателей перспективных схем с повышенными тяговыми характеристиками, прогнозирование их ожидаемого ресурса, разработка методики выбора начальных токов в катушках намагничивания и их изменения при длительной работе.

5. Внедрение предложенных методик и рекомендаций на основе полученных результатов в практические разработки.

Научная новизна работы состоит в том, что:

1. Впервые выявлены закономерности изменения параметров СПД в процессе длительных испытаний (более 3000 часов) в условиях криогенного вакуума (при давлениях в вакуумной камере не более 1,33*10"2 Па по воздуху) и показано, что динамика изменения тяговых характеристик различных двигателей "параметрического ряда" имеет общий характер, связанный с изменением конфигурации выходной части ускорительного канала, свойств стенок разрядной камеры и электропроводящих свойств анода-газораспределителя из-за напыления на них материала, распыленного с выходных участков стенок разрядной камеры.

2. Выявлены новые закономерности износа стенок разрядной камеры при больших степенях ее эрозии, а именно: показано, что характер износа качественно меняется при больших наработках - происходит выдвижение границы зоны эрозии ближе к срезу разрядной камеры и на последней стадии эрозия элементов конструкции может быть объяснена их распылением потоком ионов, обратным основному потоку.

3. Разработана методика расчета износа разрядной камеры с учетом теплового состояния элементов конструкции и тягоэнергетических характеристик СПД.

Новизна отмеченных результатов определяется тем, что до настоящего времени только в ОКБ "Факел" были проведены детальные исследования эрозионных процессов в СПД при их испытаниях длительностью до 9000 часов. Их достоверность подтверждается тем, что они получены на основе анализа результатов испытаний длительностью 2000.9000 часов более десяти образцов двигателей "параметрического ряда" различных типоразмеров.

Практическая значимость работы состоит в следующем:

1. Разработаны рекомендации по повышению стабильности интегральных параметров двигателя (КПД, скорость истечения) на 30.50% при длительной работе за счет начального профилирования стенок ускорительного канала.

2. Выполнен прогноз ресурса (не менее 15000 часов) и предельного суммарного импульса тяги серийного двигателя СПД-100 (не менее 4,5 МНс), показана возможность их повышения в два раза за счет увеличения толщины керамики разрядной камеры, применения новых износостойких материалов и уменьшении эрозии катодов-компенсаторов, а также возможность повышения скорости истечения рабочего тела серийных СПД разработки ОКБ "Факел" свыше 20000 м/с при сохранении достаточно большого ресурса двигателей.

3. Разработаны и экспериментально исследованы модели двигателей перспективных схем с мощностью от 1,5 до 6,0 кВт с диаметрами наружной стенки ускорительного канала 100 и 140 мм, показана возможность повышения тяговой эффективности на (5. 10)%, возможность повышения скорости истечения рабочего тела свыше 30000 м/с, а также возможность обеспечения их большого ресурса, разработаны рекомендации по проектированию таких двигателей.

Отмеченные методики и рекомендации внедрены в проектных разработках ОКБ "Факел", выполненных для предприятий Росавиакосмоса (НПО им. С.А.Лавочкина, КБ "Салют" ГКНПЦ им. М.В. Хруничева, НПО Машиностроения и др.), а также в разработках ОКБ "Факел" для зарубежных заказчиков Space System/Loral, SNECMA, ALCATEL, ASTRIUM, NASA в рамках программы работ совместного предприятия International Space Technology, Inc. (ISTI).

На защиту выносятся:

1. Модель изменения тягоэнергетических характеристик для "параметрического ряда" СПД при длительной работе.

2. Методика расчета износа стенок разрядной камеры с учетом теплового состояния конструкции и тягоэнергетических характеристик СГЩ "параметрического ряда".

3. Методика расчета типоразмера разрядной камеры многорежимного СПД, позволяющая выбрать рабочие точки по параметрам разряда, тяге, скорости истечения и суммарному импульсу.

4. Методика выбора начальных токов в катушках намагничивания и их изменения при длительной работе.

5. Результаты длительных стендовых испытаний СПД перспективных схем.

Указанные модели и методики разработаны лично автором, что подтверждается Заключением ОКБ "Факел" по данной диссертационной работе.

Апробация работы и научные публикации.

Результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технических советах и семинарах в ОКБ "Факел", Калининградском государственном университете, НИИПМЭ МАИ, Проблемном Совете №5 Росавиакосмоса, Конференции 5-го собрания металловедов России, Международном симпозиуме "Фракталы и прикладная синергетика", на 24-й и 26-й Международных конференциях по электроракетным двигателям (ГЕРС), на 33-й и 34-й Объединенных конференциях А1АА по двигателям, 52-ом Международном астронавтическом конгрессе. Основное содержание и результаты диссертационной работы изложены в 17-ти печатных работах и 4-х патентах Российской Федерации.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения. Первая глава диссертации посвящена исследованию ресурсных характеристик и разработке методики прогнозирования ресурса СПД. Во второй главе рассматривается методика расчета параметров двигателей "параметрического ряда" СПД с учетом длительности их работы, приведены результаты исследований двигателей новых конструктивных схем, позволяющих повысить тяговые и ресурсные характеристики; разработаны методики определения стабильности параметров перспективных двигателей при длительной работе. В третьей главе представлены основные результаты разработки двигателей РРБ1350 и СПД-140, при создании которых использованы как результаты математических моделей для расчета их параметров и изменения этих параметров при длительной работе, так и отмеченные выше результаты разработки и

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ПРАКТИЧЕСКОЕ

ЗНАЧЕНИЕ

1. В результате исследований длительной работы СПД показана возможность повышения суммарного импульса СПД-100 с 2,5 до 4.5 МН с (увеличение времени работы до 15000 часов), выявлены новые закономерности износа разрядной камеры и изменения его тяговых параметров во времени, а именно:

- при достижении степени уширения канала разрядной камеры -45 градусов из-за эрозии стенок, имеет место стабилизация положения зоны эрозии с образованием геометрических уступов на стенках разрядной камеры, а при дальнейшем увеличении наработки происходит выдвижение границы зоны эрозии к срезу изолятора; при больших степенях уширения канала разрядной камеры основным фактором износа становится эрозия керамики и других элементов конструкции, осуществляемая обратным по направлению к основному потоком ионов, что приводит к качественному изменению профиля стенок разрядной камеры; выявлено подобие изменения тяговых параметров СПД различных типоразмеров при длительной работе, что может быть объяснено одинаковым характером влияния на работу и характеристики двигателей осажденных пленок от собственных загрязнений на стенках разрядной камеры и динамики изменения геометрии ускорительного канала.

2. На основе полученных при исследованиях данных разработаны следующие методики прогнозирования параметров СПД: методика прогнозирования износа разрядной камеры СПД в зависимости от свойств материала керамики, геометрических размеров, мощности и КПД двигателей;

- методика расчета изменения интегральных параметров СПД с учетом износа изолятора разрядной камеры при длительной работе.

3. Разработана методика начального выбора токов в катушках намагничивания и выбора значений токов катушек в длительной работе при оптимизации по минимуму тока разряда и минимуму среднеквадратичных значений колебаний тока разряда. Выполнены исследования влияния параметров конструкции и режимов работы перспективных моделей СПД на их интегральные характеристики. Показано, что новые технические решения в виде дополнительных анодной и катодной катушек намагничивания дают возможность снизить уровень колебаний тока разряда с 1.2 до 0,1.0,2 А, повысить тягу с 83 до 87 мН, КПД с 0,46 до 0,57, снизить расходимость плазменной струи с 45 до 30 градусов за счет повышения градиента магнитного поля в канале и снижения магнитного поля рассеивания снаружи двигателя. Проведенные эрозионные испытания ряда моделей двигателей перспективных схем позволяют прогнозировать повышение интегральных и ресурсных характеристик перспективных СПД при длительных испытаниях.

4. Предложенные методики и рекомендации на основе полученных результатов внедрены при разработке перспективных двигателей РР81350 и СПД-140 и могут быть использованы при создании СПД нового поколения с повышенными ресурсными и интегральными характеристиками.

1. МОРОЗОВ А.И. "Исследование стационарного электромагнитного ускорения плазмы". Диссертация на соискание ученой степени доктора наук, ИАЭ, 1965.

2. Морозов А.И. Физические основы космических электрореактивных двигателей. М. Атомиздат, 1978,328 с.

3. Архипов Б.А., Горбачев Ю.М., Иванов В.А., Козубский К.Н., Комаров Г.А., "Плазменный катод-компенсатор" Патент РФ N2012946, 1990 г, Патент США №5350254, 1994 г, Патент Европы №0464383В1, 1991.

4. Архипов Б.А., Горбачев Ю.М., Иванов В.А., Козубский К.Н., Комаров Г.А., "Ускоритель плазмы с замкнутым дрейфом, анод-газораспределитель". Патент США №5218271 от 8 июня 1993.

5. Арцимович JI.A., Андронов И.М., Морозов А.И., Снарский Р.К. и др. "Разработка стационарного плазменного двигателя (СПД) и его испытания на ИСЗ "Метеор". Космические исследования, вып. 3, т.12,1974.

6. Архипов Б.А., Романовский J1.K., Трифонов Ю.В., Морозов А.Н., Снарский Р.К., Козубский К.Н., и др. "ЭРДУ "ЭОЛ" и ее испытания на ИСЗ "Метеор". Технический отчет ВНИИЭМ, ИАЭ и ОКБ "Факел", 1972.

7. Архипов Б.А., Снарский Р.К., Кондаков Ю.Г., Козубский К.Н. и др. "Основные результаты работы КДУ ЭОЛ- П по обеспечению широкого маневрирования ИСЗ "Метеор-Природа". Научно-технический отчет ОКБ "Факел", 1975.

8. Arkhipov В., Vinogradov V., Kozubsky К., Kudriavtsev S., Maslennikov N., Murashko V., "Development and Application of Electric Thrusters at EBD "Fakel", 25th International Electric Propulsion Conférence IEPC-97-003, Cleveland, 1997.

9. A. Bober, M.Day, N. Maslennikov, G. Popov, Y. Rylov, "Development and Application of Electric Propulsion Thruster in Russia", IEPC-93-001, 23rd International Electric Propulsion Conférence, Seattle, Washington, 1993.

10. D. Valentian, N. Maslennikov, "The PPS 1350 program", IEPC-97-134, 25th International Electric Propulsion Conference, Cleveland, 1997.

11. M. Lyszyk, E. Klinger, J.P. Bugeat, D. Valentian, C. Gelas, "Development status of the PPS 1350 Plasma Thruster", AIAA 98-3333. 34th Joint Propulsion Conference, Cleveland, 1998.

12. M. Lyszyk, E. Klinger, et al., "Qualification Status Of The PPS 1350 Plasma Thruster", AIAA 99-2278, 35th Joint Propulsion Conference, Los Angeles, 1999.

13. V. Gopantchuk, K. Kozubsky, N. Maslennikov, S. Pridannikov, "Performance of Stationary Plasma Thruster PPS 1350 and its Qualification Status in Russia", IEPC-99-086, 26th International Electric Propulsion Conference, Kitakyushu, Japan, 1999.

14. Приданников С.Ю. "Опыт разработки ЭРДУ с длительным С АС и подтверждения ресурса ЭРД", доклад на Проблемном совете №5 Росавиакосмоса, 2000 г.

15. Р.Ю. Гниздор, Ю.Г. Кондаков, С.С. Кудрявцев, С.Ю. Приданников, "Анализ тенденций развития работ по повышению ресурса СПД в 1980.93 годах". Техническая справка. 821.546 ТС. 1993.

16. H.R. Kaufman, "Technology of Closed-Drift Thrusters", AIAA-83-1398, 19th Joint Propulsion Conference, Seattle, Washington, 1983.

17. H. Kaufman, R. Robinson, V. Zhurin "Physics of Closed-Drift Thrusters", Plasma Sources Sci. Technol, p. R1-R20, #8, 1999.

18. G. Saccoccia, "Overview of European Electric Propulsion Activities", AIAA-2001-3228, 37th Joint Propulsion Conference, Salt Lake City, Utah, 2001.

19. S. Tverdokhlebov, et al., "Current Status of Multi Mode TAL Development and Areas of Potential Application ", AIAA-2001-3779, 37th Joint Propulsion Conference, Salt Lake City, Utah, 2001.

20. Brophy, J., Barnett, J., Sankovic, J. and Barnhart, D.A. "Performance of the Stationary Plasma Thruster: SPT100", AIAA-92-3155, 28th Joint Propulsion Conference, 1992.

21. В. Arkhipov, et al., "SPT Electric Propulsion System for Spacecraft Orbit Maneuvering," Paper RGC-EP-92-07,1st Russian-German Conference on Electric Propulsion, March 1992.

22. Colbert, T.S., et al., "Plan and Status of the Development and Qualification Program for Stationary Plasma Thruster", AIAA-93-1787,29th Joint Propulsion Conference, 1993.

23. Day, M., Maslennikov, N., Randolph, T,. Rogers, W., "SPT100 Subsystem Qualification Status", AIAA-96-2713,32nd Joint Propulsion Conference, Lake Buena Vista, Florida, 1996.

24. Гниздор Р.Ю., Козубский K.H., Кудрявцев С.С., Приданников С.Ю. и др. Научно-технический отчет. Анализ стабильности тяги модулей Ml00 в процессе ресурсных испытаний и влияния загрязнений на стабильность тяги. ОКБ "Факел", 1993.

25. Гниздор Р.Ю., Козубский К.Н., Кудрявцев С.С., Приданников С.Ю. и др. Техническая справка. НИР "Маневр".821.432Ст. Анализ параметров модуля Ml00, полученных в течение ресурса. ОКБ "Факел"

26. В. Ким. "Физико-технические основы проектирования стационарных плазменных двигателей (СПД)". Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. МАИ, 1984.

27. Ю.Г. Кондаков. "Исследование ресурсных характеристик опытных образцов стационарных плазменных двигателей". Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. ОКБ "Факел", 1976.

28. Dalhay N. "The Delphy Method". RAND Memo EM-5888-PR, 1969.

29. С.Д. Бешелев, Ф.Г. Гурвич. "Экспертные оценки в принятии плановых решений". Изд. "Экономика", М„ 1976.

30. Семенов A.A., Шкарбан И.И. Распыление потоками ионов поверхностей элементов конструкций ионно-плазменных источников. Ракетные двигатели и энергетические установки. Научно-технический сборник. Выпуск 3(131). Москва, НИИТП, 1991.

31. Белан Н.В., Ким В.П. и др. "Стационарные плазменные двигатели". Харьков, 1989.

32. Архипов Б.А., Гниздор Р.Ю., Масленников Н.А., Морозов А.И. "Аномальная эрозия диэлектрика под действием плазменного потока". Физика плазмы, т. 18, 1992.

33. Гниздор Р.Ю., Масленников Н.А., Приданников С.Ю. и др., "Результаты квалификации стационарного плазменного двигателя (Rev. 2)". Технический отчет. 5Т.0000.00 ОТЧ. ОКБ "Факел".

34. Н. Kaufman, V. Zhurin, V. Kim, К. Kozubsky, М. Day, Т. Randolph, "Facility Effects on SPT Thruster Testing", IEPC-93-093, 23rd International Electric Propulsion Conference, Seattle, Washington, 1993.

35. Sankovic, J., et al., "Performance Evaluation of the Russian SPT-100 Thruster at NASA LeRC", IEPC-93-094, 23rd International Electric Propulsion Conference, Seattle, Washington,1993.

36. Absalamov, S.K. et al., "Measurement of Plasma Parameters in the Stationary Plasma Thruster (SPT 100) Plume and its Effect on Spacecraft Components", AIAA-92-3156, July 1992.

37. R. Myers and D. Manzella, "Stationary Plasma Thruster Plume Characteristics", IEPC-93-096, 23rd International Electric Propulsion Conference, Seattle, Washington, 1993.

38. T. Randolph, E. Pencil, D. Manzella, "Far-Field Plume Contamination and Sputtering of the Stationary Plasma Thruster". AIAA-94-2855, 30th Joint Propulsion Conference, Indianapolis,1994.

39. E. Pencil, "Preliminary Far-Field Plume Sputtering of Stationary Plasma Thruster (SPT-100)", IEPC-93-098, 23rd International Electric Propulsion Conference, Seattle, Washington, 1993.

40. D. Manzella, "Stationary Plasma Thruster Plume Emissions", IEPC-93-097, 23rd International Electric Propulsion Conference, Seattle, Washington, 1993.

41. H. Kaufman, J. Kahn, K. Kozubsky, V. Zhurin, M. Day, "Dynamic Characteristics of Closed Drift Thruster", IEPC-93-095, 23rd International Electric Propulsion Conference, Seattle, Washington, 1993.

42. J. Kahn, V. Zhurin, K. Kozubsky, T. Randolph, "Effects of Background Nitrogen and Oxygen on Insulator Erosion in the SPT-100", IEPC-93-092, 23rd International Electric Propulsion Conference, Seattle, Washington, 1993.

43. С. Garner, J. Polk, L. Pless, K. Goodfellow, J. Brophy, "Performance Evaluation and Life Testing of the SPT100", IEPC-93-091, 23rd International Electric Propulsion Conference, Seattle, Washington, 1993.

44. Garner, C., Brophy, J., Polk, J., Pless, L., "Cyclic Endurance Test of a SPT100 Stationary Plasma Thruster", 3rd Russian-German Conference on Electric Propulsion Engines and Their Technical applications. July 19-23,1994. Stuttgart, Germany.

45. Garner, C., Brophy, J., Polk, J., Pless, L., Starling, D., "A 5730 Hour Cyclic Endurance Test of a SPT100", IEPC-95-039, 24th International Electric Propulsion Conference, Moscow, Russia, 1995.

46. M. Day, R. Gnizdor, K. Kozubsky, A. Koryakin, N. Maslennikov, S. Pridannikov, "SPT100 Life Test with Single Cathode up to Total Impulse Two Million Nsec", AIAA-98-3790, 34th Joint Propulsion Conference, Cleveland, 1998.

47. B. Arkhipov, A. Bober, R. Gnizdor, K. Kozubsky, A. Koryakin, N. Maslennikov, S. Pridannikov, "The Results of 7000 Hour SPT100 Life Testing", IEPC-95-039, 24th International Electric Propulsion Conference, Moscow, Russia, 1995.

48. Bekrev, M., Day, M, Pridannikov, S., et. al., "Integrated Test of an SPT100 Subsystem", AIAA-97-2915,33rd Joint Propulsion Conference, Seattle, 1997.

49. Масленников H.A., Козубский K.H., Приданников С.Ю. и др., "Результаты ресурсных испытаний SPT-100 #03". Технический отчет. 5Т.301.302 ОТЧ, ОКБ "Факел", 1997.

50. Грихин Г.С., Ковальчук О.И., Корякин А.И., Приданников С.Ю. и др., "Результаты дополнительных ресурсных испытаний SPT-100 #03". Технический отчет. 5Т.301.119.00 ОТЧ, ОКБ "Факел", 2000.

51. Грихин Г.С., Ковальчук О.И., Корякин А.И., Приданников С.Ю. и др., "Результаты дополнительных ресурсных испытаний SPT-100 #03". Технический отчет. 5T.30l.25.00 ОТЧ, ОКБ "Факел", 2001.

52. Р. Гниздор, А. Тарасов, С. Приданников, "Особенности структурных изменений стали 12Х18Н10Т в процессе термического воздействия плазмы ЭРД", Конференция 5-го собрания металловедов России, Краснодар, Куб! "ГУ, 2001, с. 231-234.

53. X. Ragot, N. Mattei, Р. Garnero, "Plasma propulsion subsystem lifetest Alcatel". 3rd International Conference, Spacecraft Propulsion, 2000, Cannes, France.

54. Г.А. Попов, НИИПМЭ МАИ, "Современные электрические ракетные двигатели космических аппаратов и их применения", Научный семинар "Состояние и новые пути решения проблемы астероидной опасности", февраль 1997.

55. Бишаев A.M., Ким В. Исследование влияния конфигурации стенок ускорительного канала на распределение локальных параметров УЗДП. Источники и ускорители плазмы. Вып. 5, Харьков, ХАИ, 1981.

56. Beattie J.R., "A Model for Predicting the Wear Out Lifetime of the LeRC/Hughes 30 cm Mercury Ion Thruster", AIAA-79-2079, 14th International Electric Propulsion Conference, Princeton, New Jersey, 1979.

57. Приданников С.Ю. "Методика дистанционного определения величины эрозии двигателя СПД". Программа-методика. 301.99.52 ПМ. ОКБ "Факел", 1999.

58. Масленников H.A. "Основы конструирования и параметрический ряд электрореактивных стационарных плазменных двигателей и двигательных установок". Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. ОКБ "Факел", 1989.

59. Морозов А.И. О принципах разработки ЭРД с большим ресурсом и о проблеме ускоренных испытаний. Ракетные двигатели и энергетические установки. Научно-технический сборник. Выпуск 3 (131). Москва, НИИТП, 1991.

60. Ким В. Анализ закономерностей износа изолятора, ограничивающего ускорительный канал УЗДП. Источники и ускорители плазмы. Выпуск 6. Харьков, 1982.

61. Баранов В.И., Васин А.И., Петросов В.А. Закономерности износа изолятора стенки канала СПД. Ракетные двигатели и энергетические установки. Научно-технический сборник. Выпуск 3 (131). Москва, НИИТП, 1991.

62. В.И. Баранов, В.А. Петросов и др. "Исследование возможности применения статистического моделирования при разработке МУИ ЭРД. Разработка имитационныхмоделей функционирования элементов и узлов ЭРД". Научно-технический отчет, НИР "Двигатель", НИИТП, 1992.

63. V. Baranov, V. Petrosov et al, "Prediction of Electric Thruster Lifetime", ШРС-93-099, 23rd International Electric Propulsion Conference, Seattle, Washington, 1993.

64. T. Randolph, et al., Physics Laboratory. Evaluation Report. Space Systems/Loral. ISTI Technical Committee Meeting, February 1996.

65. JI. Закс. Статистическое оценивание. Москва "Статистика", 1976.

66. Приданников С.Ю. "Оценка прогноза ресурса двигателя SPT-100". Технический отчет. SPT-100.300.98 ОТЧ. ОКБ "Факел", 1998.

67. Б.А. Архипов. "Исследование и разработка газоразрядного катода-компенсатора для стационарного плазменного двигателя". Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. ОКБ "Факел", 1976.

68. Б.А. Архипов. "Исследование и разработка катодов нового поколения для стационарных плазменных двигателей (СПД)". Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук, ОКБ "Факел", 1998.

69. RIAME Report. Appendix 7. ISTI Technical Committee Meeting, February 1996.

70. Приданников С.Ю. и др. "Оценка ресурса и обоснование выбора начальной формы изолятора разрядной камеры SPT-140". 12Т.301.99.176 ТС. Техническая справка. ОКБ "Факел", 1999.

71. J.-M. Stephan, "Electric Propulsion activities for Eurostar 3000", 3rd International Conference on Spacecraft Propulsion, Cannes, France, 2000.

72. Гопанчук B.B., Гниздор Р.Ю., Козубский K.H., Приданников С.Ю. Плазменный двигатель с замкнутым дрейфом электронов. Патент РФ на изобретение №2188521 RU, 12.07.2000.

73. Гопанчук В.В., Гниздор Р.Ю., Козубский К.Н., Приданников С.Ю. Плазменный двигатель с замкнутым дрейфом электронов. Патент РФ на изобретение №2188337 RU, 12.07.2000.

74. Приданников С.Ю., Семененко ДА. и др. PPS 1350.301.03.351 ОТЧ. Ресурсные испытания двигателя PPS1350 DMR длительностью 7180 часов. Окончательный отчет. ОКБ "Факел", 2003.

75. Модуль М70. Отчет по доводочным испытаниям. 17Б11.С61325.ДИ.ОТЧ. ОКБ "Факел".

76. Модуль М70. Отчет по завершающим доводочным испытаниям. 17Б11 .Сб 1325.3ДИ.ОТЧ. ОКБ "Факел".

77. Изделие А17К "Купон". Расчетно-экспериментальное обоснование тяговых характеристик. 824.OT4.94.325. ОКБ "Факел", 1995.

78. Расчетно-экспериментальное подтверждение ресурсных характеристик двигателей М70БР и двигательных установок на их основе. Технический отчет. 824.TO.93.281. ОКБ "Факел", 1994.

79. Тяговый модуль. Отчет по ресурсным испытаниям. 262У. 173.000.00 ОТЧ2. ОКБ "Факел", 1997.

80. С. Приданников, А. Румянцев, "Ресурсные характеристики стационарных плазменных двигателей", Проблемы математических и физических наук: Материалы постоянных научных семинаров. Калининград: Изд-во КГУ, 2001, с. 112-114.

81. Бугрова А.И., Липатов А.С., Морозов А.И. Физика плазмы, 21, №7, 650-651, 1995.

82. Morozov A.I, Savelyev V.V., Fundamentals of stationary plasma thruster theory, Reviews of Plasma Physics, 21.

83. Atlantic Research Corporation, "High Performance Hall System", Oral Presentation, October 29,1996.

84. Гопанчук B.B., Козубский K.H., Приданников С.Ю. и др. Итоговый отчет по испытаниям двигателя 2300 Вт. 2300W.301.2000.184 ОТЧ. ОКБ "Факел", 2000.

85. D. Manzella, et al., "High Voltage SPT Operation", AIAA-2001-3774, 37th Joint Propulsion Conference, Salt Lake City, Utah, 2001.

86. D. Manzella, R. Jankovsky, et al., "High Voltage TAL Performance", AIAA-2001-3777, 37th Joint Propulsion Conference, Salt Lake City, Utah, 2001.

87. Бугрова А.И., Масленников Н.А., Морозов А.И. Законы подобия интегральных характеристик в УЗДП. Ракетные двигатели и энергетические установки. Научно-технический сборник. Выпуск 3(131). Москва, НИИТП, 1991.

88. А.Н. Нестеренко и др., "Исследования модулей типа М70 на повышенный удельный импульс", Научно-технический отчет. М70.400.2001.0 ОТЧ. ОКБ "Факел", 2000.

89. А.Н. Нестеренко, "Область работы СПД", Доклад на секции НТС ОКБ "Факел",2001.

90. Stationary Plasma Thruster SPT-140. Preliminary Design Review. EDB "Fakel", 1997.

91. Научно-технический отчет. Исследовательские испытания и перспективы создания опытных образцов электрореактивных установок (ЭРДУ с СПД). ОКБ "Факел", 1978.

92. Научно-технический отчет "Разработка СПД повышенного ресурса". НИИПМЭ МАИ, 1992.

93. Бугрова А.И., Ким В. Современное состояние физических исследований в УЗДП. В кн. "Плазменные ускорители и ионные инжекторы", М., Наука, 1984.

94. Экспериментальные исследования модулей СПД с целью улучшения их интегральных характеристик. Отчет МИРЭА по теме 6/89 за 1991.

95. A.I. Morozov, "Stationary Plasma Thruster (SPT) Development Steps and Future Perspectives", IEPC-93-001, 23rd International Electric Propulsion Conference, Seattle, Washington, 1993.

96. M. Lyszyk, et al., "Operating conditions and plasma study of an aton-class hall thrusters", Section 4.2,3rd International Conference, Spacecraft Propulsion, Cannes, France, October 2000.

97. Life test result of thruster A40-8 (210 hours). Сообщение SEP.

98. K. Kozubsky, N. Maslennikov, A. Rumiantzev, S. Pridannikov, "Study of Long Operation Capacity of Stationary Plasma Thruster SPT-100 at Power 3500 W", IEPC-99-120, 26th International Electric Propulsion Conference, Kitakyushu, Japan, 1999.

99. C.C. Кудрявцев, B.M. Мурашко, С.Ю. Приданников и др. 262У.40.ТС.821.396. Анализ результатов испытаний модуля М100М. Техническая справка. ОКБ "Факел", исх. №5337/64,1991.

100. С.С. Кудрявцев, В.М. Мурашко, С.Ю. Приданников и др. 262У.40.ТС.821.405. Анализ результатов испытаний модуля М100М. Дополнение к 262У.40.ТС.821.396. Техническая справка. ОКБ "Факел", исх. №349/691, 1992.

101. С.С. Кудрявцев, H.A. Масленников, С.Ю. Приданников и др. 821.504 ТС. Ресурсные испытания М100М. Техническая справка. ОКБ "Факел", исх. №258/691, 1993.

102. С.С. Кудрявцев, H.A. Масленников, С.Ю. Приданников и др. 821.663 ТО. Ресурсные испытания М100М №58 до наработки 800 часов. Технический отчет. ОКБ "Факел", исх. №2970/082,1993.

103. К.Н.Козубский, С.Ю.Приданников и др. SPT-100N.821.768 ПМ. Программа ресурсных испытаний SPT-100N. ОКБ "Факел", исх. N898/550, 1994.

104. К.Н.Козубский, С.Ю.Приданников и др. Инженерная модель двигателя SPT-100N ЕМ2. Программа исследований и развития. Программа ресурсных испытаний. ОКБ "Факел", исх. №343/530, 1995.

105. К.Н.Козубский, С.Ю.Приданников и др. Ml ООН #03. Результаты параметрических испытаний и испытаний по выбору рабочей точки двигателя. Технический отчет М100Н.871.774 ОТЧ ОКБ "Факел", исх. №108/330, 1995.

106. Козубский К.Н. "Исследование и разработка подсистем электрореактивных двигательных установок на стационарных плазменных двигателях". Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, ОКБ "Факел", 1982.

107. Козубский К.Н., Нестеренко А.Н., Приданников С.Ю. и др. SPT-100N. Результаты ресурсных испытаний инженерной модели. Технический отчет. SPT-100N.871.778 ОТЧ. ОКБ "Факел", исх. №70/330, 1995.

108. К.Н.Козубский, Р.Ю.Гниздор, С.Ю.Приданников и др. SPT-100N ЕМ2 Результаты ресурсных испытаний инженерной модели. Технический отчет. SPT-100N.873.847 ОТЧ. ОКБ "Факел", исх. №100/330,1996.

109. Annex 4. Технический Комитет ISTI. Ноябрь 1994.

110. В.В. Гопанчук, К.Н. Козубский, С.Ю. Приданников. Обзор конфигураций для выбора конструкции двигателя А61. Fakel-SEP Meeting, October 1995.

111. Е. Klinger. А61 Variants Magnetic Fields. SEP report, February, 1996.

112. Гопанчук В.В., Козубский К.Н., Мурашко В.М., Приданников С.Ю. Плазменный двигатель с замкнутым дрейфом электронов. Патент РФ на изобретение №2191291 RU, 04.10.2000.

113. В.В. Гопанчук, К.Н. Козубский, С.Ю. Приданников. Обзор конструкции и план испытаний PPS1350 (А61). Fakel-SEP Meeting, September 1996.

114. В.В. Гопанчук, К.Н. Козубский, С.Ю. Приданников. Обзор конструкции и результатов исследовательских испытаний, план испытаний PPS1350 (А61). Fakel-SEP-CNES-МИРЭА-НИИПМЭ Meeting, December 1996.

115. К.Н. Козубский, Н.А. Масленников, С.Ю. Приданников. PPS1350.301.116 ОТЧ. Лабораторная модель PPS1350 (А61). Сравнительные, оптимизационные и приемочные испытания. Технический отчет. ОКБ "Факел", исх. №169/330, 1997.

116. В.В. Гопанчук, К.Н. Козубский. Design Mechanical Mock Up PPS1350. Fakel-SEP Meeting, March 1997.

117. V. Kim, V. Kozlov, K. Kozubsky, M. Lyszyk et al, "Investigation of the anode configuration influence on the PPS-1350 laboratory model plume divergence", AIAA-98-3787, 34th Joint Propulsion Conference, Cleveland, 1998.

118. Козубский K.H., Приданников С.Ю. и др. SPT-140.301.071 ТС. Огневые испытания FTMA. Сравнительные (модельные) испытания магнитных систем и анодов-газораспределителей на базе SPT-100MA. Техническая справка. ОКБ "Факел", исх. №552/691,1996.

119. Козубский К.Н., Приданников С.Ю. SPT-140.301.019 ПМ. Программа параметрических испытаний вариантов магнитной системы и анодов. Программа-методика. ОКБ "Факел", исх. №293/530, 1996.

120. Ким В., Козлов В.И. "Результаты параметрических испытаний СПД-140". Техническая справка. НИИПМЭ МАИ, исх. №034-06а-09,1997.

121. Kim V, et al. "Optimization of the SPT-140 magnet system configuration". Report. RIAME MAI, November, 1997.

122. Ким В., Козлов В.И. и др. "Разработка СПД средней мощности. Расчет основных параметров и элементов СПД типа М-140. Разработка исходных данных на двигатель.

123. Анализ результатов, полученных до 1997 г. по отработке СПД средней мощности". Отчет. НИИПМЭ МАИ, вх. №1509, 1997.

124. А. Тарасов, В. Мурашко, С. Приданников, "Вакуумная термическая обработка сварных и паяных магнитопроводов для технологических источников плазмы и ЭРД МТ", Сварочное производство, №11,1998, с. 23-27.

125. A. Tarasov, V. Murashko, S. Pridannikov, EDB "Fakel", Kaliningrad, Russia, "Vacuum Heat Treatment of Welded and Soldered Magnetic Circuits", Welding International, 13 (5), 1999, p. 409-412.

126. А. Тарасов, В. Панфилов, С. Приданников, "Вакуумная термическая обработка стали 10880 с эрозионно-стойкими покрытиями ", Металловедение и термическая обработка металлов, №10,2000, с. 15-18.

127. P. Brown, "Paving the Way for the Six-Ton GEO", Launchspace, May 2000.

128. G. Popov, V. Obukhov, S. Koulikiv, E. Akim, et al., "Phobos-Soil Mission Scenario and Feasibility Study", IAF-01-Q.3.b.04, 52nd International Astronautical Congress, Toulouse, France, October 2001.

129. G. Popov, V. Obukhov, V. Murashko, A. Koryakin, S. Pridannikov, et al., "Development of Electric Propulsion System Based on SPT-140 for "Phobos-Soil" Mission", IAF-01-Q.3.b.05, 52nd International Astronautical Congress, Toulouse, France, October 2001.

130. Гниздор Р.Ю., Крочак Л.З., Приданников С.Ю. и др. "SPT-140 DM2. Результаты ресурсных испытаний". 12Т.301.99.099 ОТЧ. Технический отчет. ОКБ "Факел", исх. №1/330, 2000.

131. Stationary Plasma Thruster SPT-140. Critical Design Review. EDB "Fakel", March1999.

132. Stationary Plasma Thruster SPT-140. Delta Critical Design Review. EDB "Fakel", 9-11 May 2001.

133. Stationary Plasma Thruster SPT-140. Design Review. EDB "Fakel", 14-15 May 2001.

134. Приданников С.Ю. "Методика дистанционного определения величины эрозии двигателя СПД". Программа-методика. 301.99.52 ПМ. ОКБ "Факел", 1999.

135. Гниздор Р.Ю., Масленников H.A. Экспериментальное исследование влияния эрозии изолятора разрядной камеры на интегральные параметры УЗДП. Ракетные двигатели и энергетические установки. Научно-технический сборник. Выпуск 3(131). Москва, НИИТП, 1991.

136. Гопанчук В.В., Козубский К.Н., Мурашко В.М., Приданников С.Ю. Плазменный двигатель с замкнутым дрейфом электронов. Патент на изобретение №2191291 RU, 04.10.2000.

137. L. Joli vet, J.-F. Roussel, "Effects of the Secondary Electron Emission on the Sheathrrl

138. Phenomenon in a Hall Thruster", 3 International Conference on Spacecraft Propulsion, Cannes, France, 2000.

139. Кудрявцев C.C. и др., "Программа испытаний образцов материала АХ05". Программа-методика. SPT-100.300.98.046 ПМ. ОКБ "Факел", исх №1406/530, 1998.

140. Мурашко В.М., Тарасов А.Н., Приданников С.Ю., "О конструкторско-технологических особенностях применения термостойких керамик на основе BN". Сборник "Итоги диссертационных исследований", М.: РАН, 2003 (в печати).

141. Гниздор Р.Ю., Нестеренко А.Н., Приданников С.Ю. и др. Повышение надежности и ресурсных характеристик разрядных камер СПД за счет использования новых материалов на основе нитрида бора. Технический отчет. СПД-70.301.03.309 ОТЧ. ОКБ "Факел", 2003.

142. К. Kozubsky, S. Kudriavtzev, S. Pridannikov, "Plume Study of Multimode Thruster SPT-140", IEPC-99-073, 26th International Electric Propulsion Conference, Kitakyushu, Japan, 1999.

143. Попов Г.А., Обухов В.А, Приданников и др. "Автоматический космический комплекс по доставке на Землю образцов грунта Фобоса". Эскизный проект, книга 3, часть 1 "Электроракетная двигательная установка". ОКБ "Факел" НИИПМЭ МАИ, 2001.