Самарский национальный исследовательский университет имени академика С. П. Королёва
Специалисты Самарского университета имени Королева и Московского авиационного института разработали инновационную систему для расчета характеристик импульсного газового клапана. Этот элемент является одним из ключевых узлов в конструкции перспективных космических плазменных двигателей.
Как отметил Георгий Макарьянц, заведующий кафедрой эксплуатации авиационной техники Самарского университета, в последние годы значительно возросло использование малых и сверхмалых космических аппаратов, включая наноспутники формата «кубсат», для выполнения разнообразных задач как на Земле, так и в космическом пространстве. Эффективность этих аппаратов существенно возрастает при оснащении их реактивными двигательными установками.
По всему миру активно ведутся исследования и разработки двигательных установок для спутников малого и сверхмалого класса. Среди наиболее перспективных решений выделяются импульсные плазменные двигатели, использующие газообразное рабочее тело. В таких двигателях газ подается в разрядный канал через специальный импульсный клапан, который открывается на строго определенное время. При достижении необходимого давления происходит электрический пробой между электродами. В результате газ разогревается, ионизируется, трансформируясь в плазму, которая затем ускоряется в сопле, генерируя необходимую тягу.
Ученые подчеркивают, что импульсный газовый клапан представляет собой один из наиболее сложных и критически важных компонентов плазменного двигателя, поскольку от его стабильной работы зависит функционирование всей двигательной установки. Георгий Макарьянц пояснил, что в рамках проведенного исследования были детально изучены различные аспекты работы клапана с целью оптимизации параметров тяги двигателя и показателей расхода газа. Это позволило создать универсальную систему расчета характеристик клапана как по рабочему давлению, так и по быстродействию. Полученные результаты могут быть эффективно использованы конструкторами при проектировании газовых трактов для будущих плазменных двигателей.
Разработанная система расчета успешно прошла экспериментальную проверку на газовом клапане, созданном в Научно-исследовательском институте прикладной механики и электродинамики Московского авиационного института. В ходе испытаний в качестве рабочего тела использовался азот. Применение этих алгоритмов для расчета параметров клапана позволит создавать более экономичные и легкие космические двигатели, что, в свою очередь, значительно увеличит срок активной службы наноспутников на орбите.
Данное экспериментальное исследование было проведено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках всероссийского проекта “Фундаментальные проблемы разработки аэрокосмических транспортных систем и управления в аэрокосмической технике для обеспечения связанности территории РФ”. Результаты работы были опубликованы в авторитетном международном издании International Review of Aerospace Engineering (“Международный обзор аэрокосмической техники”).
