До настоящего времени в основе исследований процессов зажигания разряда в безэлектродных плазменных ускорителях было изучение их однонаправленных конфигураций. Однако многонаправленные безэлектродные плазменные ускорители отличаются от однонаправленных тем, что имеют несколько отверстий во внутреннюю полость газоразрядной камеры и разное направление магнитного поля внутри них, что может влиять на движение электронов при воздействии электрических и магнитных полей во время зажигания разряда. Экспериментально исследован переходный процесс (зажигание разряда) и определены параметры устойчивого зажигания разряда в симметричной газоразрядной камере, открытой с двух концов во внешнее пространство, варьированием напряженностью азимутального электрического и индукцией осевого магнитного полей и расходом разреженного газа. Показано, что в многонаправленных волновых плазменных ускорителях происходит снижение пороговых (поджигных) напряженностей электрического поля при увеличении индукции внешнего статического магнитного поля, в отличие от однонаправленных высокочастотных индукционных плазменных ускорителей с внешним магнитным полем
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Физика
Однако наиболее важной проблемой при запуске традиционных электростатических плазменных ускорителей является необходимость тратить время на запуск (нагрев) эмиттеров электронов. Время нагрева может ограничить возможности использования традиционных ускорителей для решения некоторых космических задач, включая наблюдение за окружающими космическими объектами и защиту КА от окружающих опасностей. Кроме того, катоды-нейтрализаторы можно включать только ограниченное число раз, что очень важно для динамических космических миссий, требующих частого маневрирования. Если первая проблема нагрева может быть решена за счет использования безэлектродных катодовнейтрализаторов, то вторая проблема остается нерешенной.
Если у вас возникли вопросы или появились предложения по содержанию статьи, пожалуйста, направляйте их в рамках данной темы.
Список литературы
1. Takahashi T., Kiyoshi K. Low power arcjet thruster using LaB6 hollow cathode. Acta Astronaut., 2023, vol. 206, pp. 89-99. DOI: 10.1016/j.actaastro.2023.02.015 EDN: NNDWCC
2. Romei F., Grubisic A.N. Validation of an additively manufactured resistojet through experimental and computational analysis. Acta Astronaut., 2020, vol. 167, pp. 14-22. DOI: 10.1016/j.actaastro.2019.10.046 EDN: TUHTWS
3. Duplay E., Bao Z.F., Rosero S.R., et al. Design of a rapid transit to Mars mission using laser-thermal propulsion. Acta Astronaut., 2022, vol. 192, pp. 143-156. DOI: 10.1016/j.actaastro.2021.11.032 EDN: CLZBMK
4. Phipps C., Birkan M., Bohn W., et al. Laser-ablation propulsion. J. Propul. Power, 2010, vol. 26, no. 4, pp. 609-637. DOI: 10.2514/1.43733 EDN: MXKLGR
5. Shumeiko A.I. Nature-inspired concepts for high-power electric propulsion systems. Fusion Sci. Technol., 2023. DOI: 10.1080/15361055.2023.2227504
6. Morozov A.I., Savelyev V.V. Fundamentals of stationary plasma thruster theory. In: Kadomtsev B.B., Shafranov V.D. (eds). Reviews of Plasma Physics, vol. 21. Boston, МА, Springer, 2020, pp. 203-391. DOI: 10.1007/978-1-4615-4309-1_2
7. Keidar M., Boyd I., Beilis I. Modeling of a high-power thruster with anode layer. Phys. Plasmas, 2004, vol. 11, iss. 4, pp. 1715-1722. DOI: 10.1063/1.1668642 EDN: LZDNIJ
8. Killinger R., Kukies R., Surauer M., et al. ARTEMIS orbit raising inflight experience with ion propulsion. Acta Astronaut., 2003, vol. 53, iss. 4-10, pp. 607-621. DOI: 10.1016/S0094-5765(03)80022-X
9. Kural A., Levegue N., Welch C., et al. Design of an ion thruster movable grid thrust vectoring system. Acta Astronaut., 2004, vol. 55, iss. 3-9, pp. 421-432. DOI: 10.1016/j.actaastro.2004.05.037
10. Yang Zh., Guo H., Bai J., et al. Experimental study of a neutralizer-free gridded ion thruster using radio-frequency self-bias effect. Plasma Sci. Technol., 2023, vol. 25, no. 4, art. 045506. DOI: 10.1088/2058-6272/aca13f EDN: EGODSJ
11. Krejci D., Reissner A. Large number system integration aspects: on orbit data and lessons learnt from launching 144 FEEP propulsion systems. J. Electr. Propuls., 2022, vol. 1, no. 1, art. 30. DOI: 10.1007/s44205-022-00020-z
12. Huang T., Wu Z., Sun G., et al. Study and modeling of propellant ablation in coaxial ablative pulsed plasma thrusters. Acta Astronaut., 2020, vol. 173, pp. 69-75. DOI: 10.1016/j.actaastro.2020.04.010 EDN: YZMSKH
13. Manente M., Trezzolani F., Magarotto M., et al. REGULUS: a propulsion platform to boost small satellite missions. Acta Astronaut., 2019, vol. 157, pp. 241-249. DOI: 10.1016/j.actaastro.2018.12.022 EDN: VPAQQD
14. Takahashi K. Thirty percent conversion efficiency from radiofrequency power to thrust energy in a magnetic nozzle plasma thruster. Sci. Rep., 2022, vol. 12, no. 1, art. 18618. DOI: 10.1038/s41598-022-22789-7 EDN: LMUIXI
15. Shinohara S. High-density helicon plasma science. Series in Plasma Science and Technology. Singapore, Springer, 2022. DOI: 10.1007/978-981-19-2900-7
16. Twarog D., Ryzhkov S.V. Induction of a strong paramagnetic field inside partially ionized and weakly magnetized plasma by the E and B drift. Herald of the Bauman Moscow State Technical University, Series Natural Sciences, 2018, no. 5 (80), pp. 45-53. DOI: 10.18698/1812-3368-2018-5-45-53 EDN: YLRDYT
17. Федотова К.В., Ягодников Д.А. Расчетное исследование предельных характеристик электризации стенки при обтекании низкотемпературной плазмой. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2023, № 1 (106), с. 145-160. DOI: 10.18698/1812-3368-2023-1-145-160 EDN: JMCMTX
18. Kuzenov V.V., Ryzhkov S.V., Varaksin A.Yu. Computational and experimental modeling in magnetoplasma aerodynamics and high-speed gas and plasma flows (a review). Aerospace, 2023, vol. 10, iss. 8, art. 662. DOI: 10.3390/aerospace10080662 EDN: BVFPCJ
19. Kuzenov V.V., Ryzhkov S.V. Numerical simulation of pulsed jets of a high-current pulsed surface discharge. Comput. Therm. Sci., 2021, vol. 13, iss. 2, pp. 45-56. DOI: 10.1615/ComputThermalScien.2020034742 EDN: RZHANY
20. Kuzenov V.V., Ryzhkov S.V. Numerical simulation of the interaction of a magneto-inertial fusion target with plasma and laser drivers. High Temp., 2022, vol. 60 (suppl. 1), pp. S7-S15. DOI: 10.1134/S0018151X21040143 EDN: SZVOQS
21. Kuzenov V.V., Ryzhkov S.V., Varaksin A.Yu. The adaptive composite block-structured grid calculation of the gas-dynamic characteristics of an aircraft moving in a gas environment. Mathematics, 2022, vol. 10, iss. 12, art. 2130. DOI: 10.3390/math10122130 EDN: FZEVCC
22. Kuzenov V.V., Ryzhkov S.V. Calculation of plasma dynamic parameters of the magneto-inertial fusion target with combined exposure. Phys. Plasmas, 2019, vol. 26, iss. 9, art. 092704. DOI: 10.1063/1.5109830 EDN: OPYGTM
23. Kuzenov V.V., Ryzhkov S.V. The qualitative and quantitative study of radiation sources with a model configuration of the electrode system. Symmetry, 2021, vol. 13, iss. 6, art. 927. DOI: 10.3390/sym13060927 EDN: BCCODM
24. Shumeiko A.I., Telekh V.D., Mayorova V.I. Development of a novel wave plasma propulsion module with six-directional thrust vectoring capability. Acta Astronaut., 2022, vol. 191, pp. 431-437. DOI: 10.1016/j.actaastro.2021.11.028 EDN: WCGFPT
25. Lev D., Myers M., Lemmer K., et al. The technological and commercial expansion of electric propulsion. Acta Astronaut., 2019, vol. 159, pp. 213-227. DOI: 10.1016/j.actaastro.2019.03.058 EDN: FCDKRQ
26. Shumeiko A.I., Telekh V.D., Mayorova V.I. Development of a six-directional plasma propulsion module for small satellites. Proc. 71st IAC, 2020, vol. 2020.
27. Shumeiko A.I., Jarrar F.S., Swei S.S. Development of novel electrodeless plasma thruster with multiple thrust vectoring capability. Proc. 72nd IAC, 2021, vol. C4, paper 64834. EDN: RRZTPT
28. Shumeiko A.I., Telekh, V.D. Direct thrust measurements of 2U-sized bi-directional wave plasma thruster. AIP Adv., 2023, vol. 13, iss. 8, art. 170019. DOI: 10.1063/5.0160582 EDN: WYWAUA
29. Shumeiko A.I., Jarrar F.S., Swei S.S. Advanced wave plasma thruster with multiple thrust vectoring capability. Proc. AIAA SCITECH Forum, 2022. DOI: 10.2514/6.2022-2190 EDN: GKKHNE
30. Shumeiko A.I., Telekh V.D., Ryzhkov S.V. Probe diagnostics and optical emission spectroscopy of wave plasma source exhaust. Symmetry, 2022, vol. 14, iss. 10, art. 1983. DOI: 10.3390/sym14101983 EDN: GYESMS
31. Shumeiko A.I., Telekh V.D., Ryzhkov S.V. Starting modes of bi-directional plasma thruster utilizing krypton. Symmetry, 2023, vol. 15, no. 9, art. 1705. DOI: 10.3390/sym15091705 EDN: VWDWAZ
32. Shumeiko A.I., Swei S.S. Electrodeless plasma thruster concepts for high-power propulsion systems. Proc. 73rd IAC, 2022, vol. C4.
33. Shumeiko A.I., Telekh V.D. Helicon engine in outboard air as a successful solution for maintaining small space vehicle in orbits up to 200 km. AIP Conf. Proc., 2019, vol. 2171, no. 1, art. 170019. DOI: 10.1063/1.5133330 EDN: PIBLEE
34. Shumeiko A.I., Telekh V.D. Probe diagnostics of the plasma plume created by a magnetic nozzle of an inductively coupled plasma source. J. Phys. Conf. S., 2019, vol. 1393, no. 1, art. 012027. DOI: 10.1088/1742-6596/1393/1/012027 EDN: HEYWAR
35. Kihara T. The mathematical theory of electrical discharges in gases. Rev. Mod. Phys., 1952, vol. 24, iss. 1, art. 45. DOI: 10.1103/RevModPhys.24.45
36. Lisovsky V.A., Yegorenkov V.D. Low-pressure gas breakdown in combined fields. J. Phys. D Appl. Phys., 1994, vol. 27, no. 11, art. 2340. DOI: 10.1088/0022-3727/27/11/014 EDN: XIZWWJ
37. Smith H.B., Charles C., Boswell R.W. Breakdown behavior in radio-frequency argon discharges. Phys. Plasmas, 2003, vol. 10, iss. 3, pp. 875-881. DOI: 10.1063/1.1531615 EDN: XMDEJN
38. Radmilovic-Radjenovic M., Radjenovic B. The effect of magnetic field on the electrical breakdown characteristics. J. Phys. D Appl. Phys., 2006, vol. 39, no. 14, art. 3002. DOI: 10.1088/0022-3727/39/14/019
39. Radmilovic-Radjenovic M., Radjnovic B. The influence of the magnetic field on the electrical breakdown phenomena. Plasma Sci. Technol., 2007, vol. 9, no. 1, art. 45. DOI: 10.1088/1009-0630/9/1/10
40. Wiebold M., Ren H., Denning C.M., et al. Low-pressure helicon-plasma discharge initiation via magnetic field ramping. IEEE Trans. Plasma Sci., 2009, vol. 37, iss. 11, pp. 2110-2115. DOI: 10.1109/TPS.2009.2031645 EDN: SRNIUN
41. Kumar S., Chandra A., John P.I., et al. Study of rf breakdown characteristics in the presence of parallel electric and magnetic fields. J. Phys. D Appl. Phys., 1971, vol. 4, no. 7, art. 959. DOI: 10.1088/0022-3727/4/7/411
42. Smolyakov A.I., Godyak V., Tyshetskiy Y. Effect of the electron thermal motion on the ponderomotive force in inductive plasma. Phys. Plasmas, 2001, vol. 8, iss. 9, pp. 3857-3860. DOI: 10.1063/1.1386941
Выпуск
Другие статьи выпуска
Важность наноматериалов обусловлена тем фактом, что они обладают свойствами, отличающими их от классических материалов, что делает их более эффективными в ряде областей применения. Таким образом, в этой статье обсуждается один из таких наноматериалов, которым является нанооксид железа, и его типы (альфа; -Fe2O3, гамма; -Fe2O3 и Fe3O4) в виде частиц. Основное внимание было уделено экологичному методу и его свойствам с использованием растительных экстрактов, которые являются частью методологии получения наноматериалов по принципу “снизу вверх”. Также были рассмотрены факторы, влияющие на процесс получения, включая время реакции, рН и температуру, с помощью нескольких исследований для определения оптимальных условий приготовления.
Сланцы Коцюбинского месторождения Волжского бассейна перспективны как альтернативный источник редкого и стратегически важного металла — рения. Для оценки целесообразности их переработки необходимы данные о количественном содержании рения, что требует разработки относительно быстрого и надежного метода анализа. Определение рения проведено рентгенофлуоресцентным методом с предварительным электрохимическим концентрированием металла его осаждением на катоде после предварительного вскрытия пробы. Применение рентгенофлуоресцентного анализа позволяет определить рений на фоне десятикратного избытка молибдена и других металлов. Содержание рения в глинистых сланцах составило 0,68 plusmn 0,20 г/т, что делает экономически оправданной их переработку. В черных сланцах рений не обнаружен. Результаты анализа рентгенофлуоресцентным методом с предварительным электрохимическим концентрированием сопоставимы с полученными методом ИСП МС. В то же время анализ методом ЛА ИСП МС приводит к заниженным результатам по содержанию рения, что, по-видимому, связано с его тугоплавкостью. Сравнивая два метода, приводящих к достоверным результатам (ИСП МС и электрохимическое концентрирование + рентгенофлуоресцентный анализ), можно отметить, что предлагаемый метод не требует дорогостоящего оборудования и реализуем в полевых условиях
Рассмотрена космологическая модель инфляции с обобщенным потенциалом скалярного поля, основанная на точных решениях, которые получены из уравнений космологической динамики. Предложенный обобщенный потенциал подразумевает возможность реализации различных инфляционных механизмов в рамках одной космологической модели. На основе предложенного метода получен вид эффективного обобщенного потенциала скалярного поля, включающего в себя описание различных физических эффектов: спонтанного нарушения электрослабой симметрии, тахионной конденсации, спонтанного нарушения суперсимметрии и др. На реализацию конкретного физического механизма в течение инфляции влияет выбор параметров модели. Показано, что предложенные космологические модели соответствуют современным наблюдательным ограничениям на значения параметров космологических возмущений. В рамках гравитации Эйнштейна объединение различных физических эффектов на основе одного обобщенного эффективного потенциала возможно только для сверхпланковских скалярных полей. Тем не менее, используя гравитацию Эйнштейна — Гаусса — Бонне, возможно построение рассматриваемых моделей для субпланковских скалярных полей. Для рассмотренных инфляционных моделей ожидаемый вклад реликтовых гравитационных волн в поляризацию и анизотропию реликтового излучения существенно меньше современных наблюдательных ограничений
Представлены результаты рентгеноструктурного исследования эпитаксиальных пленок (Ge2)1 - x - y(ZnSe)x(GaAs1 - -sBi-s)y, выращенных методом жидкостной эпитаксии на кремниевых подложках с кристаллографической ориентацией (111). Выращенные эпитаксиальные пленки представляют собой твердые растворы (Ge2)1 - y(ZnSe)x(GaAs1 - -sBi-s)y с постепенно изменяющимся молярным составом (0 менее или равно x менее или равно 0,72 и 0 менее или равно y менее или равно 0,46), в которых осуществляется взаимное замещение компонентов. Происходит формирование слоя, обогащенного широкозонными соединениями ZnSe и GaAs1 - -sBi-s, в переходной области между подложкой и поверхностными слоями пленки. Установлено, что полученная эпитаксиальная пленка представляет собой монокристалл с кристаллографической ориентацией (111), состоящий из элементарных ячеек алмазоподобной структуры с параметром решетки aexp = 0,5658 нм. Результаты анализа показали, что нанокристаллиты соединений GaAs1 - -sBi-s, самопроизвольно сформировавшиеся в поверхностных областях эпитаксиальных слоев, имеют кубическую элементарную ячейку с параметром решетки 5,9978 нм и принадлежат фазовой группе P43m. Установлено следующее: размеры нанокристаллитов (33,9; 34,5; 34,9 нм) и их среднее значение (~ 34 нм) свидетельствуют о том, что нанокристаллиты имеют округлую геометрическую форму и формируются преимущественно одинаковых размеров
Гидрогели представляют собой трехмерные полимерные сетки, в которых узлами выступают химические или физические сшивки между макромолекулами. В настоящее время гидрогели на основе полиакриламида являются перспективными материалами для изготовления тканеимитирующих фантомов мягких биологических тканей. Ключевое преимущество таких гидрогелей — возможность регулирования их механических свойств за счет варьирования концентрации сшивателя, т. е. числа сшивок, что позволяет имитировать характеристики различных органов и тканей. Однако подбор концентрации сшивателя для создания фантомов с заданными характеристиками представляет собой сложную задачу, требующую значительных временных и вычислительных ресурсов. Алгоритмы машинного обучения могут определять корреляцию между концентрацией сшивки и параметрами упругости полученного гидрогеля. На основе двух алгоритмов “случайный лес” реализована модель машинного обучения, способная прогнозировать механические свойства тканеимитирующих фантомов. Алгоритмы обучены на основе синтетических данных, полученных в результате проведения численных экспериментов на индентирование в лицензионном программном обеспечении для конечно-элементного анализа ANSYS Workbench (Ansys Inc., США), с применением как линейно-упругой модели поведения материала, так и гиперупругих неогуковской модели и модели Муни — Ривлина, а также на данных натурных экспериментов. Предсказания валидированы с помощью тестовых данных, составивших 30 % всего массива данных и не использованных в обучении алгоритмов, а также на результатах натурных экспериментов Работа выполнена в рамках государственного задания НИЦ “Курчатовский институт”
Представлены результаты испытаний полиэтилена марки 2НТ11-9 (ПЭ-100) на одноосное растяжение для широкого диапазона значений скорости нагружения при сравнительно невысоких деформациях (менее 15…20 %). Для изучения процесса кратковременной (неустановившейся) ползучести приведены релаксационные кривые для различных уровней напряжения. Время наблюдения за процессом релаксации при испытаниях 1 ч. Исследована зависимость остаточных деформаций в материале от достигнутых при прямом нагружении полных деформаций. Для описания полученного набора экспериментальных данных предложены определяющие соотношения, учитывающие деформационное размягчение материала и его ползучесть с сохранением гипотезы о малости (линейности) деформаций. Подробно описан способ определения числовых значений параметров предлагаемой модели поведения материала. Значения упругих параметров модели установлены по равновесной кривой растяжения, а вязких — по кривым релаксации. Показано, что построенная модель с найденным таким образом единым набором числовых значений параметров позволяет удовлетворительно описать кривые одноосного растяжения материала при различных значениях скорости деформирования. В общем случае представленная модель поведения материала может быть использована при анализе кратковременной прочности изделий из частично кристаллических полимеров
Представлено численное моделирование перехода от ламинарного течения к турбулентному, что является одной из важнейших и сложных задач современной вычислительной гидродинамики (CFD). Использованы различные подходы к моделированию переходных течений, включая модели турбулентности k–kl–, Transition SST, модель напряжений Рейнольдса (RSM S–) и двухжидкостную модель турбулентности Маликова. Перечисленные модели описывают переходные процессы с учетом специфики турбулентного течения. Проведено сравнение численных результатов с экспериментальными данными при различных уровнях интенсивности турбулентности, что позволило оценить точность и применимость этих моделей. Результаты анализа показали, что двухжидкостная модель Маликова без дополнительных коррекций дает результаты, сопоставимые с другими моделями турбулентности, которые используют дополнительные коррекции для описания перехода от ламинарного течения к турбулентному. Полученные результаты могут быть использованы для совершенствования численных методов моделирования в аэродинамике, теплообменных процессах и в других инженерных приложениях, где важно точное описание переходных турбулентных режимов
Статистика статьи
Статистика просмотров за 2026 год.
Издательство
- Издательство
- МГТУ им. Н.Э. Баумана
- Регион
- Россия, Москва
- Почтовый адрес
- 105005, г. Москва, вн. тер. г. муниципальный округ Басманный, ул. 2-я Бауманская, д. 5, с. 1
- Юр. адрес
- 105005, г. Москва, вн. тер. г. муниципальный округ Басманный, ул. 2-я Бауманская, д. 5, с. 1
- ФИО
- Гордин Михаил Валерьевич (Ректор)
- E-mail адрес
- bauman@bmstu.ru
- Контактный телефон
- +7 (499) 2636377
- Сайт
- https://bmstu.ru/