Теоретические и экспериментальные исследования физических процессов в ионных ускорителях с замкнутым холловским током электронов

В работе представлены теоретические и экспериментальные результаты, полученные в процессе выполнения НИР, являющейся частью цикла работ, посвященных формулировке новых представлений и исследованию физики газового разряда в скрещенных электрическом и магнитном полях.
Направление исследований: попытка определения причин, которые в наибольшей степени влияют на интегральные характеристики таких важных устройств как электрореактивные двигатели и ионные ускорители технологического назначения. Для обоих типов устройств существенны такие характеристики как энергетический кпд, коэффициент использования рабочего вещества, энергетическая и угловая дисперсия потока ускоренных ионов. Крайне актуальным является вопрос о методике ресурсных испытаний. Для изделия, предназначенного для использования в течение многих лет, а для электрореактивных двигателей космического базирования - в условиях полного отсутствие обслуживания и профилактики, вопрос ускоренных ресурсных испытаний является принципиальным.
Важнейшая особенность исследуемого типа разряда – его «безэлектродность», а также теоретически обоснованная возможность существования так называемого Е-слоя – в котором область ускорения принципиально сужена, являются основанием для проводимых исследований.
В первой главе настоящего отчета теоретически исследованы следующие вопросы: процесс формирования ускоряющего слоя в поперечном магнитном поле в режимах Н-слоя, Е-слоя и в сверхларморовском режиме. Проанализированы взаимосвязи ионного тока и размеров ЭРД. Теоретически исследована динамическая декомпенсация квазинейтрального ионного пучка. Проанализировано влияние краевых эффектов на геометрию ионного пучка. Учтены следующие факторы: сквозной электронный ток; энергетические затраты на образование иона; энергетический КПД двигателя; уровень колебаний разрядного тока. Получены следующие научные результаты: сформулирован критерий подобия для ЭРД холловского типа, позволяющий существенно (на порядки) сократить время ресурсных испытаний ЭРД; исследована взаимосвязь между вероятностью ионизации рабочего газа и параметрами разряда.
Во второй главе представлены экспериментальные исследования холловского ускорителя с анодной полостью и неоднородным магнитным полем. Экспериментально исследовано влияние геометрических характеристик анодной полости на выходные характеристики ЭРД. Получены режимы, в которых практически отсутствуют пульсации, причем отношение разрядного тока к расходу в этих режимах близко к 1. Продемонстрировано влияние плотности потока рабочего вещества на энергетический кпд и степень ионизации. В частности показано, что при увеличении плотности потока рабочего вещества в 1.7 раза энергетический кпд повышается на 30%, а степень ионизации рабочего вещества - на 15% при одинаковых значениях расхода рабочего вещества, разрядного напряжения и магнитного поля.
В процессе выполнения данной работы получен целый ряд сопутствующих результатов, которые выходят за рамки технического задания и носят характер научного “задела”. В частности, получены экспериментальные данные по эрозии обострителей магнитопровода и исследуются способы принципиального решения этой проблемы