Анотація до роботи:

Огієнко С.А. Підвищення тяги стаціонарного плазмового двигуна шляхом впливу на рух нейтральних часток робочого тіла у прискорювальному каналі. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.07.05 – двигуни та енергоустановки літальних апаратів. - Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського Харківський авіаційний інститут, Харків, 2003.

Використовуючи експериментально-теоретичні методи, розроблено метод підвищення тяги стаціонарного плазмового двигуна (СПД) шляхом впливу на рух нейтральних часток робочого тіла (в тому числі і іонів, що нейтралізувалися) при їх взаємодії зі спеціально створеною рельєфною поверхнею розрядної камери (РК). Досліджено, з метою визначення можливого наслідку такого впливу, закономірності запалювання розряду в сучасних моделях СПД. Встановлено нову залежність напруги запалювання розряду від параметрів процесу. Передбачено, що швидкість ерозії РК експериментальної моделі (з рельєфом на РК) у порівнянні з РК стандартної моделі СПД не збільшується. Результати роботи знайшли застосування при виконанні Державної космічної програми України.

У даній дисертаційній роботі вирішено важливу науково-практичну задачу - вперше розроблено метод підвищення тяги СПД шляхом впливу на рух нейтральних часток РТ при їх взаємодії з рельєфною поверхнею РК. Метод розроблено на основі нових наукових даних про особливості формування потоку РТ в розрядній камері СПД, отриманих у роботі при аналізі результатів експериментальних досліджень, що проведені здобувачем, а також внаслідок розрахунку по створених математичних моделях (руху РТ при відсутності розряду і процесів іонізації та прискорення РТ у РК на прискорювальному режимі роботи СПД). З метою комплексного вирішення задачі підвищення тяги СПД, на основі експериментально встановлених у роботі закономірностей запалювання розряду у двигуні, встановлено, що напруга запалювання розряду в СПД експериментальної моделі зі спеціальним рельєфом на РК не зростає, а також на основі оцінки показано незмінність швидкості ерозії РК експериментальної моделі порівняно з базовою моделлю двигуна.

Мету роботи досягнуто шляхом вирішення задач за окремими напрямками дослідження, а саме.

1. Вперше з використанням методу ймовірносного моделювання, а також експериментальних даних, отримано розподіл параметрів потоку РТ у РК СПД, виявлено складники механізму формування потоку РТ протягом РК за рахунок зіткнень, серед яких переважають зіткнення зі стінками каналу. Експериментальні і теоретичні дослідження проведено з використанням РК з гладкою поверхнею і зі спеціальним поверхневим рельєфом.

2. Удосконалено математичну модель процесів іонізації та прискорення РТ в РК на стаціонарному прискорювальному режимі роботи СПД на основі обліку: іонізації атомів, що з’являються внаслідок нейтралізації іонів на поверхні РК; а також розсіяння атомів на ній. Шляхом розрахунку за цією моделлю вибрано рельєф поверхні РК, що забезпечує збільшення тяги. Порівняння отриманого ефекту приросту тяги від використання РК зі спеціальним рельєфом (при експериментальному дослідженні і при чисельному розрахунку) показує їх якісну відповідність.

3. При визначенні залежності величини напруги запалювання розряду - U_зр у штатному модулі СПД М-70 від величини максимальної індукції магнітного поля - В_max та масової витрати m_a вперше встановлено, що: а) запалювання розряду можливо, коли перевищення U_зр над опорним потенціалом катоду не перебільшує величини потенціалу іонізації РТ; величина U_зр для експериментальної моделі (РК з поверхневим рельєфом) не зростає порівняно з U_зр для стандартної моделі.

4. Оцінка швидкості ерозії РК експериментальної моделі по відомій методиці вказує на її незмінність відносно до швидкості ерозії РК стандартної базової моделі.

5. Практична значущість дисертаційної роботи полягає в тому, що розроблено і доведено до рівня практичних рекомендацій метод підвищення тяги СПД шляхом впливу на рух нейтральних часток РТ у прискорювальному каналі, а саме, - розроблено методику розрахунку параметрів потоку РТ у прискорювальному каналі та методику вибору параметрів спеціального рельєфу поверхні РК для збільшення тяги. Експериментально встановлено зростання тяги від 9 до 20 %, що створюється експериментальною моделлю СПД зі спеціальним рельєфом поверхні РК, а також тягового ККД двигуна від 5 до 11 %.

Пристрій “Стаціонарний плазмовий двигун“, розроблений на основі нових наукових результатів, отриманих здобувачем у дисертації, захищено патентом України.

7. Основні результати дисертаційної роботи використовуються в своїх практичних роботах провідним підприємством космічного профілю України ДКБ “Південне", в іонно-плазмовій технології у ВАТ “Турбогаз”, а також у науково-дослідницькій роботі “ХАІ”.

Публікації автора:

1. Огиенко С.А., Оранский А.И. Зажигание основного разряда в стационарном плазменном ускорителе с замкнутым дрейфом электронов. // Авиационно-космическая техника и технология: Труды Национального аэрокосмического университета им. Н.Е. Жуковского “Харьковский авиационный институт” – Харьков: “ХАИ”, 2001. – Вып.25. – С.313-317.

2. Огиенко С.А., Оранский А.И. Моделирование движения нейтральных атомов в канале СПД и исследование рассеивающих свойств поверхности канала. // Інтегровані комп’ютерні технології: Сб. наук. пр. – Харків: “ХАІ”, 2002. –С.20-21.

3. Огиенко С.А. Исследование возможности расширения диапазона рабочих параметров СПД путём воздействия на течение плазмообразующего газа в разрядной камере. // Авиаційно-космічна техніка и технологія: Сб. наук. пр. – Харків: “ХАІ”, 2001. – Вип.23. Двигуни та енергоустановки. – С.230-231.

4. Oranskiy A.I., Oghienko S.A., Olendarev V.D. Plasma thruster and technology of ion plasma etching // Problems of atomic science and technology. Series Plasma physics, issues 3 (3), 4 (4). – Kharkov. – 1999, P. 259-261. (Вопросы атомной науки и техники, серия: физика плазмы, выпуск 3 (3), 4 (4), -C.259-261.

5. Огиенко С.А., Белоконь В.А. Экспериментальное исследование закономерностей зажигания основного разряда в СПД. // Авиационно-космическая техника и технология: Сб. научн. тр. – Харьков: “ХАИ”, 2000. – Вып.19. Тепловые

двигатели и энергоустановки. – С.501-503.

6. Огиенко С.А. Расчётно-теоретическое исследование движения неионизированного рабочего тела в разрядной камере движителя. // Авиационно-космическая техника и технология / Труды Харьковского авиационного института им. Н.Е. Жуковского. – Харьков: ХАИ, 1996. – С.329-333.

7. Использование электрореактивной двигательной установки для упрочнения поверхностей деталей машин подвергающихся различным видам механического износа / Кошелев Н.Н., Лобов А.В., Лоян А.В., Мухин С.В., Огиенко С.А., Рыбаков А.А., Рыбалов О.П. // Авиационно-космическая техника и технология: Сб. научн. тр. –Харьков: “ХАИ”, 1999.–Вып.9. Тепловые двигатели и энергоустановки.–С.336-340.

8. Oghienko S.A., Rybakov A.A. Analyses of factors influencing the SPT starting discharge process. // Proc. of the 3^rd Int. Conf. on Spacecraft Propulsion – Cannes – 2000, -P.855-859.

9. Loyan A.V., Oghienko S.A. Investigation of possibility to increase the thruster efficiency, discharge efficiency and the SPT life-time by influence to the speed of the neutral propellant gas stream. // Proc. of the 26^th Int. Elect. Prop. Conf. – Kitakyshu – 1999, IEPC-99-117, -P.658-662.

10. Oghienko S.A., Olendarev V.D. Thruster and technology of ion plasma etching of gas biaring. // Proc. of the 3^rd Russian – German Conf. on electric propulsion engines and their technical applications. – Stuttgart – 1994, P.439-443.

11. Oghienko S.A., Oranskiy A.I. Plasma accelerator and technology of ion plasma etching. // Proc. of the 26^th Int. Elect. Prop. Conf. – Kitakyshu – 1999, IEPC-99-200, -P.958-961.

12. Огиенко С.А., Оранский А.И. Моделирование течения нейтрального газа в канале СПД и исследование возможности воздействия на это течение с целью увеличения тяги движителя. // Міжнарод. наук. техн. конф. “Інтегровані комп’ютерні технології в машинобудуванні”, Тез. доп., Харків, “ХАІ”, -2001. -С.57.

13. Огієнко С.А. Підвищення ефективності стаціонарного плазмового двигуна. // II Всеукраїнська молодіжна наук. практ. конф. з міжнародною участю “Людина і космос”. Національний центр аерокосмічної освіти молоді України, Тез. доп., Дніпропетровськ, -2000.

14. Огиенко С.А. Зажигание основного разряда в стационарном плазменном движителе. // III Всеукраїнська молодіжна наук. практ. конф. з міжнародною участю “Людина і космос”. Національний центр аерокосмічної освіти молоді України, Тез. доп., Дніпропетровськ, -2001.

15. Огиенко С.А., Белан Н.В., Оранский А.И. Повышение тяго-энергетических характеристик СПД воздействием на движение нейтрального рабочего тела. // IV Всеукраїнська молодіжна наук. практ. конф. з міжнародною участю “Людина і космос”. Національний центр аерокосмічної освіти молоді України, Тез. доп., Дніпропетровськ, -2002, -С.134.

16. Огиенко С.А., Оранский А.И. Метод увеличения тяги и расширения диапазона рабочих характеристик стационарного плазменного двигателя путём воздействия на движение частиц рабочего тела в его ускорительном канале. // Авіаційно-космічна техніка и технологія: Сб. наук. пр. – Харків: “ХАІ”, 2002. – Вип.29. Двигуни аерокосмічних літальних апаратів. – С.24-28.

17. Огієнко С.А., Оранський А.І., Білан М.В. Деклараційний патент на винахід № 52278 A, Україна, МПК 7FO3H1/00, HO5H1/54. Стаціонарний плазмовий двигун. № 2002042606. Заявлено 02.04.2002.