плазменные двигатели

Ответ от Никита Степанов[гуру]
Плазменный двигатель (плазменный инжектор) (далее ПД) — ракетный двигатель, в котором рабочее тело ускоряется, находясь в состоянии плазмы. Скорости истечения рабочего тела, достижимые в ПД, существенно выше скоростей, предельных для обычных газодинамических (химических или тепловых) двигателей. Увеличение скорости истечения позволяет получать данную тягу при меньшем расходе рабочего тела, что облегчает массу ракетной системы.
Существует множество типов плазменных двигателей. В настоящее время наиболее широкое распространение — в качестве двигателей для поддержания точек стояния геостационарных спутников связи — получили СПД (стационарные плазменные двигатели) , идея которых была предложена А. И. Морозовым в 1960-х гг. Первые лётные испытания состоялись в 1968 г.
Плазменные двигатели не следует путать с ионными.
ПД не предназначен для вывода грузов на орбиту, он может эффективно работать только в вакууме.
В любом случае теория таких двигателей построена, поэтому в рамках классической схемы СПД вполне реально довести мощность до 300 кВт. А вот дальше, возможно, придется перейти к другим конструкциям. Например, к двухлинзовому ускорителю на водороде, разработанному в ИАЭ в конце 1970-х. Эта машина имела мощность 5 МВт и скорость истечения 1000 км/с. В любом случае на межпланетных кораблях будут стоять плазменные двигатели.
Основным отправным положением является то, что газ в разрядной камере двигателя должен быть нагрет до t = 8—10°K. Это позволяет оценить энергию одного разряда:
Коэффициент полезного действия установки, определяемый наличием подводящих проводов и зазоров в токовом коллекторе, можно принять равным 0,6. Тогда энергия, запасенная в конденсаторе, равна:
По формуле можно рассчитать величину емкости конденсатора С, если знать, чему равно напряжение на нем U.
Чтобы оценить величину U1, вспомним, что она определяется электрическим пробоем разрядного промежутка модели. Процесс пробоя в воздухе зависит от целого ряда параметров: влажности воздуха, состояния поверхности и полярности электродов, формы внешнего и внутреннего электродов разрядной камеры и т. д. Приближенно можно считать, что
Здесь d — суммарный зазор, выраженный в сантиметрах. К1 равняется 20, если внутренний электрод отрицательный и К2 равен 14, если он положительный. Приведенных формул достаточно, чтобы сделать наш несложный расчет. Добавим еще, что если камера имеет цилиндрическую форму, то объем ее равен:
а площадь сопла в минимальном сечении должна быть равна примерно 0,20 г2.
Условные обозначения в формулах:
Е — энергия разряда, Дж;
V — объем, см3;
г — радиус камеры, см;
1 — длина камеры, см;
— плотность воздуха при нормальных условиях, Q = 0,129 • 10-3 г/см3;
Сv — теплоемкость воздуха при постоянном объеме (для наших расчетов можно принять Cv = 8 Дж/г. град.) ;
Т — Т0 — температура, до которой нагревается газ;
То — нормальная температура воздуха, равная примерно 300°К;
С — емкость конденсатора, Ф;
U — напряжение зарядки конденсатора, В.
Приведем примерный расчет. Зададим напряжение U = 6000 В, тогда из третьей формулы d = 0,45 см. Емкость конденсатора возьмем равной 0,5 • 10-6 ф, тогда Еc по второй формуле составит 9 Дж, а энергия, выделяемая в камере модели двигателя, Е = 5,4 Дж. Разницу температур возьмем равной 10000°К. Из (I) получаем величину объема камеры V 0,50 см3. Считая r = d – 0,025 : 2 = 0,4 см, получаем 1 = 1 см, а диаметр сопла 1,8 мм. Элементы электрической схемы для данного, конкретного случая следующие: повышающий трансформатор 220х5000 В мощностью 200 Вт, резистор R5 — проволочный мощностью 100 Вт.
Источник: удачи в приготовлении двигателя=)