Статья опубликована в рамках: XC Международной научно-практической конференции «Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ» (Россия, г. Новосибирск, 08 июня 2020 г.)

Наука: Технические науки

Секция: Космос, Авиация

Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции

Библиографическое описание:

Сафарова Н.Г. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОЙ МОДИФИКАЦИИ СТАЦИОНАРНОГО ПЛАЗМЕННОГО ДВИГАТЕЛЯ НА ОСНОВЕ ЭКСПЕРТНОГО ОЦЕНИВАНИЯ // Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: сб. ст. по мат. XC междунар. студ. науч.-практ. конф. № 6(89). URL: https://sibac.info/archive/technic/6(89).pdf (дата обращения: 26.04.2024)

Проголосовать за статью

Конференция завершена

Эта статья набрала 12 голосов

Дипломы участников

У данной статьи нет
дипломов

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОЙ МОДИФИКАЦИИ СТАЦИОНАРНОГО ПЛАЗМЕННОГО ДВИГАТЕЛЯ НА ОСНОВЕ ЭКСПЕРТНОГО ОЦЕНИВАНИЯ

Сафарова Нино Гмировна

студент 5 курса, кафедра КиИЛА, филиал «Восход» Московского Авиационного Института,

РФ, г. Байконур

Шестопалова Ольга Львовна

научный руководитель,

канд. техн. наук, доц. филиал «Восход» Московского Авиационного Института,

РФ, г. Байконур

В данной работе был произведен выбор стационарного плазменного двигателя (СПД), который наиболее полно удовлетворяет предпочтениям группы экспертов по комплексу оценочных показателей с использованием процедуры свертывания критериев методом аддитивной оптимизации.

Оценка проводилась группой экспертов на основании семи критериев: тяга двигателя, мощность, габаритные размеры, ресурс работы, масса, КПД и напряжение разряда.

Был произведен сравнительный анализ следующих двигателей: СПД-60, СПД-100В, СПД-140, СПД-230, СПД-290. Для всех представленных двигателей рабочим телом является ксенон. Исследуемые двигатели представлены на рисунке 1.

СПД-60 состоит из анодного и катодного блоков. Классическая схема магнитной системы с магнитными экранами и четырьмя наружными катушками намагничивания. Назначение двигателя заключалось в применении его в электроракетных двигательных установках для малых космических аппаратов (КА). В таблице 1 представлены технические характеристики двигателя. [1,2]

Таблица 1.

Характеристики СПД-60

Тяга, мН	Мощность, кВт	Размеры, м³	Ресурс работы, ч	Масса, кг	КПД, %	Напряжение, В
30	0,50	0,0011	2500	1,2	37	190

СПД-100В — космический электрореактивный двигатель на эффекте Холла из серии двигателей СПД российского ОКБ «Факел». Работа двигателя основана на ускорении электрическим полем потока ионов ксенона. В начале XXI века СПД-100В прошел успешные испытания на лунном спутнике Европейского космического агентства Smart-1. СПД-100В использовались на восемнадцати российских и четырнадцати зарубежных спутниках, включая IPSTAR-II, Telstar-8 и Экспресс серий А и АМ. Назначение данного двигателя заключалось в применении в электроракетных двигательных установках различных КА. В таблице 2 представлены технические характеристики двигателя. [1,2]

Таблица 2.

Характеристики СПД-100В

Тяга, мН	Мощность, кВт	Размеры, м³	Ресурс работы, ч	Масса, кг	КПД, %	Напряжение, В
83	1,35	0,0042	10000	3,5	45	300

СПД-140 состоит из анодного и одного или двух катодных блоков. Двигатель СПД-140 является однорежимным. Двигатель СПД-140 применялся на геостационарном телекоммуникационном спутнике Eutelsat 172B. Назначение СПД-140 заключалось в применении для межорбитальной транспортировки, коррекции орбиты тяжелых геостационарных КА. В таблице 3 представлены технические характеристики двигателя. [3]

Таблица 3.

Характеристики СПД-140

Тяга, мН	Мощность, кВт	Размеры, м³	Ресурс работы, ч	Масса, кг	КПД, %	Напряжение, В
300	7,00	0,0093	10000	7,5	60	300

СПД-230 - был создан на основании полученных результатов при отработке СПД-140Д и лабораторных моделей СПД-200. Назначение - применение в разгонных блоках довыведение КА с высокоэллиптической стартовой на геостационарную орбиту. В таблице 4 представлены технические характеристики двигателя. [4]

Таблица 4.

Характеристики СПД-230

Тяга, мН	Мощность, кВт	Размеры, м³	Ресурс работы, ч	Масса, кг	КПД, %	Напряжение, В
785	15,00	0,0086	21000	25,0	60	400

СПД-290 в советские времена являлся самым мощным двигателем в своем классе, работал в диапазоне мощностей от 5 до 30 кВт. Применялся в составе Ядерной электродвигательной установки. Назначение СПД-290 заключалось в применении его для решения маршевых и транспортных задач тяжелых КА с высокой энерговооруженностью. В таблице 5 приведены характеристики двигателя. [2,3]

Таблица 5.

Характеристики СПД-290

Тяга, мН	Мощность, кВт	Размеры, м³	Ресурс работы, ч	Масса, кг	КПД, %	Напряжение, В
1500	30,00	0,0207	27000	23,0	70	500


а	б	в


г	д

Рисунок 1. Исследуемые СПД: а - стационарный плазменный двигатель СПД-60, б - стационарный плазменный двигатель СПД-100В, в - стационарный плазменный двигатель СПД-140, г - стационарный плазменный двигатель СПД-230, д - стационарный плазменный двигатель СПД-290

В таблице 6 указаны весовые коэффициенты принятых характеристик, вычисленные с помощью методов ранжирования, балльных оценок, допустимых относительных отклонений и попарных приоритетов.

Таблица 6.

Сводная таблица весовых коэффициентов характеристик

	Тяга, мН	Мощность, кВт	Размеры, м³	Ресурс работы, ч	Масса, кг	КПД, %	Напряжение, В
Метод ранжирования	0,186	0,150	0,157	0,114	0,171	0,129	0,093
Метод балльных оценок	0,179	0,151	0,174	0,107	0,183	0,117	0,111
Метод относительных отклонений	0,282	0,132	0,137	0,096	0.139	0,111	0,103
Метод попарных приоритетов	0,176	0,147	0,170	0,127	0,178	0,116	0.170
Сумма	0,823	0,580	0,638	0,444	0,532	0,473	0,307
Весовые коэффициенты	0,217	0,153	0,168	0,117	0,140	0,125	0,081

Для решения задачи были определены максимумы каждого локального критерия: 1500, .

Максимизируются следующие критерии: тяга двигателя, мощность, ресурс работы, КПД, напряжение, а минимизируются - габаритные размеры, масса. В соответствии с принципом максимальной эффективности нормализованные критерии определяются по следующим формулам: для максимизации , для минимизации .

Полученные результаты приведены в таблице 7.

Таблица 7.

Нормализованные критерии

СПД	Тяга, мН	Мощность, кВт	Размеры, м³	Ресурс работы, ч	Масса, кг	КПД, %	Напряжение, В
СПД - 60	0,020	0,017	0,947	0,093	0,952	0,529	0,380
СПД-100В	0,055	0,045	0,797	0,370	0,860	0,643	0,600
СПД-140	0,200	0,233	0,551	0,370	0,700	0,857	0,600
СПД-230	0,523	0,500	0,585	0,778	0	0,857	0,800
СПД-290	1	1	0	1	0,080	1	1

Далее были определены обобщенные функции цели по каждому рассматриваемому СПД по формуле:

F₁= 0,3866

F₂= 0,4230

F₃= 0,4447

F₄= 0,5229

F₅= 0,6676.

По полученным значениям можно сделать вывод, что наиболее полно удовлетворяет заданным предпочтениям группы экспертов СПД-290, так как у данного двигателя максимальное значение функции цели F_max = F₅= 0,6676.

По сравнению с другими выбранными для сравнения двигателями СПД-290 обладает самыми высокими значениями тяги, мощности и КПД, имеет наибольший ресурс работы, а также его масса меньше, чем у СПД-230.

СПД-290 был создан специально для ядерной электродвигательной установки, в которой реактор вырабатывал тепловую энергию, преобразующуюся в электрическую и применяющуюся для работы двигателя.

Полученный результат зависит от параметров, степень важности которых определяет группа экспертов. В данном расчете предпочтения отданы тяге двигателя. В случае выбора других параметров двигателя или замены группы экспертов, результаты могут измениться, поэтому окончательное решение в данном случае остается за ответственным лицом, принимающим решение.

Список литературы:

Морозов, А. И. Космические электрореактивные двигатели: Новое в жизни, науке, технике. Сер. Космонавтика, астрономия, № 7//А. И.Морозов, А. П.Шубин. – М.: Знание, 1975. – 64 с, ил.
URL: https://fakel-russia.com/index.php/ru/produktsiya
URL: https://fakel-russia.com/images/gallery/produczia/fakel_spd_print.pdf
Novikov I.K. Main directions of Electric Propulsion Development in Russia through 2015 - доклад от имени Роскосмоса на 32-ой Международной конференции по электрическим ракетным двигателям, 11-15 сентября 2011г., Висбаден, ФРГ.