Исследование параметров импульсной электротермической двигательной установки на воде для наноспутника

Создание орбитальных группировок (роёв) маневрирующих наноспутников (МНС) с двигательными установками (ДУ) для решения широкого круга научных и прикладных задач обусловливает актуальность создания эффективной ДУ в условиях ограничений. Основными задачами МНС с ДУ является отработка автономного позиционирования наноспутников и орбитальных манёвров группы (роя) МНС [1].

Критериям эффективности ДУ по надёжности, стоимости и срокам создания, простоте конструкции, малому энергопотреблению при реализации повышенных значений тяг (до 100 мН) отвечают ДУ с электронагревными (электротермическими) микродвигателями (ЭНМД), успешно используемые в целом ряде малых космических аппаратов различной размерности [1–5].

Для выполнения требований по безопасности запуска МНС (например, запуска с Международной космической станции) в качестве топлива ДУ использована смесь из дистиллированной воды и этилового спирта (40% по массе) [2, 6]. Использование данного топлива приводит к введению в состав ДУ вытеснительной системы подачи топлива, например, эластичной, а также ставит задачу оптимизации режимов функционирования ДУ [2, 7].

Для МНС массой до 8 кг с тягой ДУ до 100 мН в составе роя МНС предпочтительным является импульсное включение ДУ с длительностью включения до 1 с [1].

Включение ЭНМД при использовании топлива «дистиллированная вода + этиловый спирт» осуществляется по последовательной («горячей») схеме запуска с предварительным разогревом конструкции микродвигателя перед подачей топлива путём использования автономных нагревательных элементов (АНЭ) [1, 7, 8].

В качестве АНЭ может быть использо- ван трубчатый электронагреватель ТЭНУ 8.0-5.0-6.0/0.060-Т-12 с двумя термопарами, соответствующий ГОСТ 13268-88 [9]. Характеристики АНЭ:

номинальная мощность          до 60 Вт;

рабочее напряжение                 12 В;

диаметр                       3,0…6,0 мм;

длина                          до 80 мм;

гарантийный ресурс при эксплуатации в газовой среде 3 000 ч.

При использовании в качестве топлива ДУ смеси из дистиллированной воды и этилового спирта последовательная схема включения микродвигателя с АНЭ реализуется разогревом паров топлива Tк перед пуском до 573 К подачей напряжения на АНЭ. Подача топлива в ЭНМД осуществляется вытеснительной эластичной системой подачи топлива (ВЭСПТ).

Критичным по надёжности элементом ДУ являются силовые ключи подачи напряжения на АНЭ микродвигателя. Количество запусков ДУ по последовательной схеме запуска ЭНМД при ограничениях на приращение характеристической скорости МНС массой 8 кг при единичном включении ∆ V _хар ≤ 0,01 м/с для общей характеристической скорости V _хар = 30 м/с может доходить до N = 8 000 [10]. Повышение надёжности силовых ключей ЭНМД с АНЭ может быть достигнуто повторным (парным) запуском ДУ на «тёплом» микродвигателе без подачи напряжения перед запуском.

Анализ ранее проведённых экспериментальных исследований показывает, что время остывания АНЭ может носить длительный характер как для потребляемых мощностей 40–60 Вт, так и для 8–14 Вт, что позволяет рассматривать возможность повторного запуска ЭНМД без подачи на него напряжения (рис. 1) [7, 10, 11].

Циклограмма функционирования и количество включений должны обеспечить требуемую вероятность безотказной работы РВБР при реализации заданной характеристической скорости в составе МНС Vхар = Vхзаард и ограничениях на приращение характеристической скорости при единичном запуске, например, A Vхар < 0,01 м/с.

а)

б)

Рис. 1. Динамика изменения температуры Т автономного нагревательного элемента (АНЭ) в электронагревательном микродвигателе без подачи топлива (а) и с подачей по последовательной схеме (б): 1 — нагрев АНЭ; 2 — остывание АНЭ; 3 — подача топлива (пуск с 10 мин); т — время; I V — номинальная мощность (рисунок создан авторами)

Анализ температурного состояния ЭНМД при кратковременном импульсном включении ДУ показывает, что после выключения ДУ ЭНМД имеет неиспользуемый запас по температуре. В этой связи возникает актуальная задача по исследованию возможности использования энергии нагретого ЭНМД на повторный запуск без подачи напряжения на АНЭ микродвигателя для повышения надёжности функционирования силовых ключей.

Постановка задачи исследования

Задача формирования проектно-конструкционного облика импульсной ДУ при существующих целевой функции и ограничениях сведена к исследованию следующих основных проектных параметров (ОПП): p _к — давление газа на входе в критическое сечение сопла ЭНМД; d _кр — диаметр критического сечения сопла; d _с — диаметр среза сопла; T _к — температура на входе в критическое сечение сопла; т р — время работы на режиме; т_ип — время работы на импульсе последействия.

С использованием ОПП определяются основные характеристики ДУ, в т. ч. удельный импульс тяги ЭНМД при работе на разных режимах, запасы топлива на реализацию заданной характеристической скорости, количество включений ДУ.

Значительное количество включений ДУ повышает требования к надёжности силовых ключей, подающих электропитание на нагреватель. Для повышения надёжности силовых ключей при последовательной схеме запуска за счёт снижения количества подач напряжения на АНЭ ставится задача исследования циклограммы парного запуска микродвигателя по схеме:

• •    1-е включение ЭНМД осуществляется по последовательной схеме с подачей напряжения на АНЭ;

• •    2-е включение ЭНМД осуществляется по последовательной схеме без подачи напряжения на АНЭ, при этом время запуска ДУ выбирается с учётом падения температуры на величину T _п , обеспечивающей процессы кипения, испарения и перегрева пара топливной смеси.

В этой связи, задачами исследований импульсной ДУ на смеси дистиллированной воды и этилового спирта приняты:

• •    экспериментальные исследования опытного образца импульсной ДУ для ОПП в нормальных условиях (атмосфере) с целью определения циклограммы повторного запуска ДУ и получения верхних (повышенных) значений времени нагрева топлива по сравнению с нагревом в вакууме, а также минимальных значений времени повторного запуска с учётом падения температуры на 70-100 ° С для микродвигателя массой ~20 г с потребляемой мощностью 12–15 Вт;

• •    теоретические исследования импульсной ДУ с целью формирования ОПП с максимальной температурой топлива;

• •    теоретические исследования парного включения ДУ для ОПП.

Теория

Рассматривается парный смешанный запуск ЭНМД, при котором (рис. 2):

• •    первый запуск осуществляется по последовательной схеме с подачей напряжения на АНЭ и разогревом АНЭ до температуры T _р1 , обеспечивающей нагрев паров топлива на входе в критическое сечение сопла ЭНМД T _к1 ;

• •    повторный запуск осуществляется без подачи напряжения на АНЭ через время d τ_з , при котором температура АНЭ падает на величину dT ₁₂ до температуры T _п2 , при этом обеспечивается нагрев паров топлива на входе в критическое сечение сопла ЭНМД до температуры T _к2 , а для обеспечения процессов кипения, испарения и перегрева пара топливной смеси температура должна быть T _к2 ≥ 400 K.

  

  Рис. 2. Циклограмма парного смешанного запуска двигательной установки: 1 — разогрев электронагревного микродвигателя (ЭНМД) подачей напряжения на автономные нагревательные элементы (АНЭ); 2 — 1-й запуск ЭНМД, снятие напряжения с АНЭ; 3 — пауза между запусками с падением температуры на dT ₁₂ ; 4 — 2-й запуск ЭНМД через время d τ_з без подачи напряжения на АНЭ; 5 — остывание ЭНМД; T — температура; T _р1 — температура разогрева АНЭ при первом запуске ЭНМД; Т _п2 – температура АНЭ при повторном запуске ЭНМД; dT ₁₂ — величина падения температуры между запусками; τ — время; τ_вкл1 и τ_вкл2 — время первого и второго запусков ЭНМД; d τ_з — промежуток времени между запусками (рисунок создан авторами)

  
  

Исследования парного смешанного пуска ЭНМД с подачей напряжения и без подачи напряжения проводятся в отношении множества базовых квази-оптимальных ОПП, сформированных методом случайного поиска (сканирования)

для целевой функции V _хар = V _х ^з _а ^а _р ^д . ОПП характеризуются максимальными температурами паров топлива на входе в критическое сечение сопла ЭНМД T _{к i} = T _к ^m _i ^ax .

Выражение для реализуемых запасов характеристической скорости при парном смешанном запуске ДУ в составе МНС имеет следующий вид:

р и.п р и.п

Vхар V1н + V1н + V2б.н +V2б.н, где V1рн, V1ин.п — характеристические скорости ДУ в составе МНС при первом запуске ЭНМД с подачей напряжения на АНЭ на квазистационарном режиме работы и импульсе последействия; Vр2б.н, V2иб.п.н — характеристические скорости ДУ в составе МНС при втором запуске ЭНМД без подачи напряжения на АНЭ на квазистационарном режиме работы и импульсе последействия соответственно.

Выражения расходов топлива через ЭНМД при парном смешанном запуске ДУ имеют следующий вид:

Q ^р

1н

и.п

^Q 2б.н

P ^р

1н

P ^р уд1н

_Q и.п 1н

и.п

1н

_P и.п ^; уд1н

^{р Q} 2б.н

^p 2б.н

P ^p уд2б.н

и.п

2б.н и.п уд2б.н где (Q1рн, Q1ин.п), (P1рн, P1ин.п), (P руд1н, Pуид.п1н) — расход топлива, тяга и удельный импульс тяги ЭНМД при первом запуске с подачей напряжения на АНЭ на квазистационарном режиме работы и импульсе последействия соответственно; (Qр , Qи.п ), (P р , P и.п), (Pp , Pи.п ) — рас-2б.н 2б.н 2б.н 2б.н уд2б.н уд2б.н ход топлива, тяга и удельный импульс тяги ЭНМД при втором запуске без подачи напряжения на АНЭ на квази-стационарном режиме работы и импульсе последействия соответственно.

Выражение для реализуемых запасов характеристической скорости при парном смешанном запуске ДУ в составе МНС с учётом равного количества включений ЭНМД N с подачей напряжения и без подачи (общее количество запусков N _з = 2 N ):

V ₁ ^р _н = – g ₀ P _у ^р _д1н ln

m – QрτрN – Qи.пτи.пN – QрτрN – Q и.п τи.п N МНС 1н 1н         1н 1н          2б.н 2б.н         2б.н 2б.н m – Qи.пτи.пN – QрτрN – Qи.пτи.пN МНС 1н 1н         2б.н 2б.н          2б.н 2б.н

и.п

1н

= – g P ^и.п ln 0 уд1н

m – Q ^рτ^р N – Q ^и.пτ^и.п N  – Q ^рτ^р N – Q ^и.п τ^и.п N

МНС 1н 1н         1н 1н          2б.н 2б.н         2б.н 2б.н

т_м„_г — Q? T N - №, tp N - 0_: T™ N МНС 1н 1н         2б.н 2б.н         2б.н 2б.н

;

^р 2б.н

^– g 0 P урд2б.н

m – QрτрN – Qи.пτи.пN – QрτрN – Qи.п τи.п N МНС 1н 1н         1н 1н          2б.н 2б.н         2б.н 2б.н m – QрτрN – Qи.пτи.п N – Qи.п τи.п N МНС 1н 1н         1н 1н         2б.н 2б.н

и.п

2б.н

– g P ^и.п ln 0 уд2б.н

m – QрτрN – Qи.пτи.пN – QрτрN – Qи.п τи.п N МНС 1н 1н         1н 1н          2б.н 2б.н         2б.н 2б.н l     Ммнг - Qp T N - Qи.пT и.пN - Ор, Tp, N

МНС 1н 1н         1н 1н         2б.н 2б.н

где g ₀ = 9,81 — ускорение свободного падения; m _МНС — масса МНС; τ^р_1н , τ^р_2б.н — время работы микродвигателя при нагреве на режиме и без нагрева соответственно; τ₁^и_н^.п , τ₂^и_б^.п_.н — время импульса последействия при нагреве и без нагрева соответственно.

Для определения характеристик ДУ с ЭНМД использованы следующие параметрические зависимости на основе газодинамических функций газового потока [5]:

p π ( λ ) = ^c с p кp

ε ( λ с )

ρc

1 –

k – 1

k + 1

π ( λ_с ) _{τ ( λ с)}

P = p кр F кр K т ;

K = т

λ

с

+

λ k + 1 ^;

с

^P уд ⁼ a кр ^K уд^;

2k R *T a = W =           к кр кр k + 1 M г

K уд

λ_с +

1 k + 1

λ       2 k   ^;

с

q ( λ_с )

F Wρ кр          c c

_F = _{W ρ} c        кр кр

= λ с

k + 1 1/( k – 1)

1–

k – 1

k + 1

_λ 2 с

1/( k – 1) ;

k /( k – 1) λ² с

1 –

k – 1

k + 1

;

1/( k – 1)

T

t ( X ) = ^ к

1 –

k - 1

k + 1

λ² с

;

где K _т — безразмерный коэффициент тяги; K _уд — безразмерный коэффициент удельного импульса тяги; T _с , T _к — температура газа на срезе сопла и в камере ЭНМД соответственно; ρ_с , ρ_к , ρ_кр — плотность газа на срезе сопла, в камере ЭНМД и в критическом сечении сопла соответственно; p _с , p _к — давление газа на срезе сопла и на входе в критическое сечение сопла ЭНМД соответственно; F _с , F _кр — площадь среза сопла и критического сечения сопла соответственно; W _с — скорость потока газа на срезе сопла; a _кр = W _кр — скорость потока газа, равная скорости звука в критическом сечении сопла; k — показатель ударной адиабаты используемого газа; R * — универсальная газовая постоянная; M _г — молярная масса используемого газа; q ( λ_с ) — относительная площадь критического сечения сопла; τ ( λ_с ) — относительная температура на срезе сопла; π ( λ_с ) — относительное давление на срезе сопла; ε ( λ_с ) — относительная плотность на срезе сопла; λ_с = W _c / a _кр — относительная скорость потока газа на срезе сопла.

Температура газа в камере ЭНМД T _к принята:

• Т _к = Т ^р _к1н — для первого запуска ЭНМД с подачей напряжения на АНЭ на квазистационарном режиме работы;

• •    Т _к = Т ^р _к2б.н – dT ₁₂ — для второго запуска ЭНМД без подачи напряжения на АНЭ на квазистационарном режиме работы;

• •    Т _к = T _к ^и ₁ ^. _н ^п = 0,75 Т ^р _к1н — для первого запуска ЭНМД с подачей напряжения на АНЭ на импульсе последействия;

• •    Т _к = T _к ^и ₂ ^. _б ^п _.н = 0,55 Т ^р _к2б.н — для второго запуска ЭНМД без подачи напряжения на АНЭ на импульсе последействия.

Значения ОПП ДУ в виде p _к ; d _кр = const; d _с = const; T _к ; τ_р ; τ_и.п для запусков ЭНМД с подачей напряжения на АНЭ принимаются по результатам расчёта методом случайного поиска ОПП.

Аналогичные ОПП для запусков ЭНМД c d _кр = const; d _с = const без подачи напряжения на АНЭ принимаются с учётом поправочных коэффициентов k_i ^п ≤ 1. Схема исследований ОПП ДУ с парным включением приведена на рис. 3.

Рис. 3. Схема исследований ОПП ДУ с комбинированным включением: МНС — маневрирующие наноспутники; ДУ — двигательная установка; ОПП — основные проектные параметры; АНЭ — автономный нагревательный элемент; ЭНМД — электронагревные микродвигатели; P _Э ^m _Н ^ax _МД — максимальная тяга ЭНМД; P _ЭНМД — тяга ЭНМД; P _Э ^за _Н ^д _МД — заданная тяга ЭНМД; dV ^м _хар — запас характеристической скорости; dV _х ^м _ар ^зад — заданный запас характеристической скорости; Т _к – температура газа в камере ЭНМД; Т _к ^max — максимальная температура газа в камере ЭНМД; Т _к1 и Т _к2 — температура газа в камере ЭНМД при первом и повторном включении соответственно; V _хар — характеристическая скорость; V ^р _хар и V _х ^з _а ^а _р ^д — расчётная и заданная характеристические скорости соответственно; m _МКА – масса МКА; m _т – масса топлива; P ^р _уд — удельный импульс тяги на режиме; P _у ^р _д ¹ и P _у ^р _д ² — удельный импульс тяги на режиме при первом и повторном запуске соответственно; P ^в _уд — удельный импульс тяги при выходе на режим; P _у ^в _д ¹ и P _у ^в _д ² — удельный импульс тяги двигателя при выходе на режим при первом и повторном запуске соответственно; N – количество включений ДУ; N ₁ и N ₂ — количество включений при первом и повторном запуске ДУ соответственно; τ_в — время выхода на режим; τ^р — время работы на режиме; d _кр — диаметр критического сечения сопла; d_с — диаметр среза сопла; τ_р — время работы ЭНМД при предварительном нагревании; τ_и.п — время импульса последействия ЭНМД при предварительном нагревании; р _к — давление в камере ЭНМД (рисунок создан авторами)

Объект исследования

В качестве объекта исследования рассматривается ДУ на топливе «дистиллированная вода + этиловый спирт» (40% по массе) с ВЭСПТ (рис. 4, 5).

В качестве электрического клапана для ДУ использован высоконадёжный клапан 12РТ200, имеющий лётную квалификацию, с гидравлическим сопротивлением ∆ Р ≤ 0,064 МПа, содержащий в своем составе фильтрующий элемент [12]. Вероятность безотказной работы клапана составляет Р^ Р = 0,999999 (гарантировано 500 000 запусков клапана) [12].

Экспериментальные исследования опытного образца

Экспериментальные исследования опытного образца импульсной ДУ для ОПП в нормальных условиях (атмосфере) с целью определения циклограммы повторного запуска ДУ и получения верхних (повышенных) значений времени нагрева топлива по сравнению с нагревом в вакууме, а также минимальных значений времени повторного запуска с учётом падения температуры проведены на изготовленной ДУ (рис. 6).

Рис. 4. Пневмогидравлическая схема двигательной установки: 1 — заправочная муфта; 2 — вытеснительная эластичная система подачи топлива в виде торовой полости под заданным давлением; 3 — топливный бак заправленный; 4 — фильтр; 5 — электрический клапан; 6 — канал кипения топливной смеси; 7 — канал испарения топливной смеси; 8 — канал перегрева пара топливной смеси; 9 — автономный нагревательный элемент (рисунок создан авторами)

Рис. 5. Общий вид двигательной установки (ДУ): 1 — вытеснительная эластичная система подачи топлива в виде торовой полости под заданным давлением; 2 — топливный бак ДУ; 3 — электроклапан; 4 — электро-нагревный микродвигатель (ЭНМД); 5 — корпус ЭНМД с газоводами в разрезе; 6 — автономный нагревательный элемент (рисунок создан авторами)

Рис. 6. Опытный образец двигательной установки: 1 — датчик давления; 2 — система обеспечения давления вытеснительной эластичной системы подачи топлива (ВЭСПТ) с обратным клапаном; 3 — топливный бак с ВЭСПТ;

4 — электронагревный микродвигатель с автономным нагревательным элементом; 5 — электроклапан; 6 — блок управления (рисунок создан авторами)

Изображённый на рис. 6 топливный бак 3 выполнен методом 3 D -печати из пластика. Внутри бака установлена ВЭСПТ, соединённая с системой подачи давления 2 . Топливо (смесь дистиллированной воды и этилового спирта) заправляется в топливный бак через расходный штуцер, затем в ВЭСПТ подаётся избыточное давление, обеспечивающее вытеснение топлива в ЭНМД.

Корпус ЭНМД с газоводами выполнен методом 3 D -печати из стали 12Х18Н10Т, внутри корпуса установлен АНЭ с термопарой.

Запуск экспериментальной ДУ осуществляется по последовательной схеме с предварительным разогревом конструкции перед подачей топлива. Фиксация истечения перегретого пара из сопла осуществлялась визуальным наблюдением отклонения бумажного флюгера, шарнирно установленного вблизи среза сопла ЭНМД, визуальным наблюдением истечения паров топлива, контролем звукового проявления истечения топлива из сопла.

Основные реализованные параметры экспериментальной ДУ:

давление в ВЭСПТ     0,2 МПа (2 кг/см ² );

мощность, подаваемая на ЭНМД          12…15 Вт;

время разогрева ЭНМД на воздухе                      5…7 мин;

максимальная температура нагрева АНЭ 300 °С; время открытия клапана 0,4…0,6 с; падение температуры после первого запуска ДУ 0^100 °С;

время повторного запуска ДУ без подачи напряжения,

(после первого запуска) через 30 с; количество парных включений ДУ 35.

Результаты и обсуждения

Для всех парных включений ДУ при первом запуске с подачей напряжения на АНЭ визуально и по звуковому эффекту истечения топлива подтверждена работоспособность ДУ.

Результаты теоретических исследований импульсной ДУ с целью формирования ОПП с максимальной температурой топлива представлены в табл. 1.

Данные ОПП получены выборкой результатов их случайного поиска для МНС массой 8 кг с реализацией запасов характеристической скорости V _хар = 30 м/с.

ОПП ДУ и рассчитанные параметры при парном запуске при поправочных коэффициентах по временным параметрам и давлению на входе в критическое сечение сопла k ^п _i = 1, k ^п _i ≤ 1 представлены в табл. 2, 3.

Таблица 1

Основные проектные и рассчитанные параметры двигательной установки

Параметр	Значения при m МНС = 8 кг; V х ар = 30 м/с; P р н< 100 мН; А V < 0,01 м/с
T к , '(	261	270	273	280	285	293	297
d кр, мм	1,1	1,2	1,2	1,1	1,2	1,2	1,1
d с, мм	10,0	11,0	12,0	6,0	12,0	7,0	9,0
т р ,с	0,5	0,6	0,3	0,3	0,2	0,4	0,5
т ,с	0,2	0,5	0,5	0,1	0,6	0,2	0,6
р к, МПа	0,61	0,49	0,48	0,56	0,48	0,47	0,59
N 1 б н аз	4 022	3 155	5 319	7 488	6 350	5 357	3 448
P руд1н , с	124	125	125	126	127	128	128
m т, кг	0,198	0,198	0,198	0,197	0,199	0,195	0,194

Примечание . m _МНС — масса МНС; V _хар — характеристическая скорость; P ^р _1н — тяга ЭНМД на режиме при первом запуске (с предварительным нагревом); А V — приращение скорости при единичном включении ЭНМД; Т _к — температура газа в камере ЭНМД; d _кр — диаметр критического сечения сопла; d _с — диаметр среза сопла; т р — время работы ЭНМД при предварительном нагревании; т ип — время импульса последействия; р к — давление в камере ЭНМД; N ₁ ^б _н ^аз — базовое количество включений ЭНМД (с предварительным нагревом); P ^р _уд1н — удельный импульс тяги ЭНМД на режиме при первом включении (с предварительным нагревом); m _т — масса топлива.

Основные проектные параметры двигательной установки и рассчитанные параметры при парном запуске при поправочных коэффициентах k_i ^п = 1

Таблица 2

Параметр	Значения при m МНС = 8 кг; V х ар = 30 м/с; P р н< 100 мН; P р бн< 100 мН; А V < 0,01 м/с
Г р, , '( к1н	261	270	273	280	285	293	297
Гр,, , °С к2б.н ,	161	170	173	180	185	193	197
d кр, мм	1,1	1,2	1,2	1,1	1,2	1,2	1,1
d с, мм	10,0	11,0	12,0	6,0	12,0	7,0	9,0
тъ с	0,5	0,6	0,3	0,3	0,2	0,4	0,5
т рб.н , с	0,5	0,6	0,3	0,3	0,2	0,4	0,5
и.п τ1н , с	0,5	0,5	0,5	0,1	0,6	0,2	0,6
τ и.п , с 2б.н	0,5	0,5	0,5	0,1	0,6	0,2	0,6
p рк1н, МПа	0,61	0,49	0,48	0,56	0,48	0,47	0,59
p р к2б.н , МПа	0,61	0,49	0,48	0,56	0,48	0,47	0,59
баз 1н	4 022	3 155	5 319	7 488	6 350	5 357	3 448
N 1 п н ар	2 072	1 700	3 074	3 843	3 882	2 793	1 873
Р р уд1н , с	124	125	125	126	127	128	128
Р р уд2б.н , с	112	113	113	114	115	116	116
m т, кг	0,205	0,206	0,207	0,204	0,204	0,202	0,197

Примечание . m _МНС — масса МНС; V _хар — характеристическая скорость; P ^р _1н — тяга ЭНМД на режиме при первом запуске (с предварительным нагревом); P ^р _2б.н — тяга ЭНМД на режиме при повторном запуске (без нагрева); А V — приращение скорости при единичном включении ЭНМД; Г рк1н — температура газа в камере ЭНМД на режиме при первом запуске с нагревом; Т ^р _к2б.н — температура газа в камере ЭНМД на режиме при повторном запуске без нагрева; d _кр — диаметр критического сечения сопла; d _с — диаметр среза сопла; т р _н — время работы ЭНМД на режиме при первом запуске с нагревом; т р _бн — время работы ЭНМД на режиме при повторном запуске без нагрева; т и н — время импульса последействия при первом запуске с нагревом; т^ п н — время импульса последействия при повторном запуске без нагрева; р к _1н — давление в камере ЭНМД при первом запуске с нагревом; р ^р _к2б.н — давление в камере ЭНМД при повторном запуске без нагрева; N ₁ ^б _н ^аз — базовое количество включений при первом запуске ЭНМД; N ₁ ^п _н ^ар — количество включений ЭНМД при парном запуске; Р ^р _уд1н — удельный импульс тяги ЭНМД на режиме при первом запуске с нагревом; Р ^р _уд2б.н — удельный импульс тяги ЭНМД на режиме при повторном запуске без нагрева; m _т — масса топлива.

Таблица 3

Основные проектные параметры двигательной установки при парном запуске при поправочных коэффициентах k_i ^п ≤ 1

Параметр	Значения при m МНС = 8 кг; V х ар = 30 м/с; P рн < 100 мН; P р; бн< 100 мН; А V < 0,01 м/с
Т» , °С к1н	261	270	273	280	285	293	297
Т>  , °С к2б.н	161	170	173	180	185	193	197
d кр , мм	1,1	1,2	1,2	1,1	1,2	1,2	1,1
d с , мм	10,0	11,0	12,0	6,0	12,0	7,0	9,0
Т р1н - с	0,5	0,6	0,3	0,3	0,2	0,4	0,5
Т р . ■ с	0,4	0,45	0,2	0,2	0,15	0,3	0,35
и.п τ1н , с	0,5	0,5	0,5	0,1	0,6	0,2	0,6
и.п L 2б.н , с	0,4	0,4	0,4	0,1	0,4	0,15	0,45
p р к1н , МПа	0,61	0,49	0,48	0,56	0,48	0,47	0,59
pр к2б.н, МПа	0,51	0,40	0,40	0,40	0,40	0,40	0,48
баз 1н	4 022	3 155	5 319	7 488	6 350	5 357	3 448
N 1 п н ар	2 199	2 022	3 598	5 148	4 421	3 338	2 337
Р руд1н, с	124	125	125	126	127	128	128
Рр уд2б.н, с	112	113	113	114	115	116	116
Р р уд1н , гс	10,0	10,0	10,0	10,0	10,0	10,0	10,0
Рр уд2б.н, гс	9,1	8,5	8,5	7,2	8,5	8,5	8,6
m т , кг	0,200	0,199	0,196	0,203	0,190	0,197	0,195

Примечание . См. примечание к табл. 2.

Исследования ДУ при парном запуске на топливе из смеси дистиллированной воды и этилового спирта показывают:

• •    при k ^п _i = 1 масса топлива на реализацию характеристической скорости увеличивается на 1,5–4,0%;

• •    при k ^п _i ≤ 1 масса топлива на реализацию характеристической скорости увеличивается на 0,5–3,0%;

• •    при k ^п _i = 1 количество включений ДУ с подачей напряжения на АНЭ сокращается на 38–48%;

• •    при k_i ^п ≤ 1 количество включений ДУ с подачей напряжения на АНЭ сокращается на 30–45%.

Выводы

• 1.    Задача организации парных включений ДУ с предварительным нагревом микродвигателя перед первым запуском позволяет повысить надёжность силовых ключей, подающих электропитание на АНЭ ЭНМД.

• 2.    Парный запуск импульсной ДУ позволяет сократить до 45% количество включений с подачей напряжения на АНЭ ЭНМД и тем самым повысить надёжность силовых ключей.

• 3.    С падением давления на входе в сопло микродвигателя при k_i ^п ≤ 1 тяга двигателя снижается в диапазоне от 9 до 28%.

• 4.    Увеличение запасов топлива на реализацию парного запуска импульсной двигательной установки незначительно и составляет не более 3–4% при рассматриваемой базовой заправке топлива 0,194–0,198 кг.