avroenОмский научный вестник. Серия "Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение"Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering2588-03732587-764XОмский государственный технический университет10.25206/2588-0373-2023-7-4-72-78avroen-118Research ArticleАВИАЦИОННАЯ И РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКАAVIATION AND ROCKET-SPACE ENGINEERINGАнализ работоспособности дилатометрического микродвигателя с полимерными рабочими компонентамиThe analysis of operability of dilatometric microthruster with polymer working componentshttps://orcid.org/0000-0002-6878-1742СмагинМ. В.SmaginM. V.

СМАГИН Михаил Валерьевич, студент гр. ПРД-201 факультета транспорта, нефти и газа

644050, г. Омск, пр. Мира, 11

SMAGIN Mikhail Valeryevich, Student, gr. PRD-201 of Transport, Oil and Gas Faculty

Omsk, Mira Ave., 11, 644050

smagin-2003@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0001-7059-9165КолягинЕ. Е.KolyaginE. E.

КОЛЯГИН Егор Евгеньевич, студент гр. ПРД-201 факультета транспорта, нефти и газа

644050, г. Омск, пр. Мира, 11

KOLYAGIN Egor Evgenyevich, Student, gr. PRD-201 of Transport, Oil and Gas Faculty

Omsk, Mira Ave., 11, 644050

kolyagin.y@bk.ruВавиловИ. С.VavilovI. S.

ВАВИЛОВ Игорь Сергеевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Авиа- и ракетостроение»

644050, г. Омск, пр. Мира, 11

VAVILOV Igor Sergeevich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of Aircraft and Rocket Building Department

Omsk, Mira Ave., 11, 644050

vava-igg@mail.ruОмский государственный технический университетРоссияOmsk State Technical UniversityRussian Federation202330122023747278Copyright © Смагин М.В., Колягин Е.Е., Вавилов И.С., 20232023Смагин М.В., Колягин Е.Е., Вавилов И.С.Smagin M.V., Kolyagin E.E., Vavilov I.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ariem.omgtu.ru/jour/article/view/118

В работе представлены первичные результаты разработок и исследований авторов в области реактивных корректирующих микроракетных двигателей на холодном газе. Особенностью конструкции данного микродвигателя является использование дилатометрического полимерного привода в качестве регулятора работы отсечного клапана. В статье описано устройство дилатометрического микродвигателя. На основе сконструированного прототипа двигателя, в условиях вакуума, было проведено исследование работоспособности устройства при низком энергопотреблении. Результаты экспериментов показали, что при давлении рабочей газовоздушной смеси на входе в двигатель в 101325 Па и массовом расходе газа 2,33•10–7 кг/с устройство смогло выдать величину тяги в пределах 33 мкН, при удельном импульсе тяги 140 м/с. В свою очередь, энергопотребление устройства составило всего 0,81 Вт.

The article describes the device of a dilatometric microthruster. The study of the device's operability with low power consumption is carried out. It is based on the designed prototype of the thruster in vacuum conditions. The results of the experiments showed that at the pressure of the working gas-air mixture at the thruster inlet of 1 atm. and with a mass flow rate of gas 2,33•10–7 kg/s, the device is able to produce a thrust value within 33 mkH, with a specific thrust pulse of 140 m/s. In turn, the power consumption of the device is only 0,81 W.

микродвигательдилатометрический приводхолодный газэнергоэффективностьтягаудельный импульс тягиmicrothrusterdilatometric microthrustercold gasenergy efficiencythrustspecific thrust impulseReferencesРакета «Союз-2.1а» вывела на орбиту рекордное для России количество спутников. URL: https://tass.ru/kosmos/4413644 (дата обращения: 20.08.2023).Raketa «Soyuz-2.1a» vyvela na orbitu rekordnoye dlya Rossii kolichestvo sputnikov [Russian state federal news agency TASS. The «Soyuz-2.1a» rocket launched a record number of satellites into orbit for Russia]. URL: https://tass.ru/kosmos/4413644 (accessed: 20.08.2023). (In Russ.).Полищук Г. М., Пичхадзе К. М. Автоматические космические аппараты для фундаментальных и прикладных научных исследований. Москва: МАИПринт, 2010. 660 с. ISBN 978-5-7035-2176-2.Polishchuk G. M., Pichkhadze K. M. Avtomaticheskiye kosmicheskiye apparaty dlya fundamental’nykh i prikladnykh nauchnykh issledovaniy [Automatic spacecraft for fundamental and applied scientific research]. Moscow, 2010. 660 p. ISBN 978-5-7035-2176-2. (In Russ.).Ho T. S., Charles Ch., Boswell R. W. A Comprehensive Cold Gas Performance Study of the Pocket Rocket Radiofrequency Electrothermal Microthruster // Frontiers in Physics. 2017. Vol. 4. P. 1–16. DOI: 10.3389/fphy.2016.00055.Ho T. S., Charles Ch., Boswell R. W. A Comprehensive Cold Gas Performance Study of the Pocket Rocket Radiofrequency Electrothermal Microthruster // Frontiers in Physics. 2017. Vol. 4. P. 1–16. DOI: 10.3389/fphy.2016.00055. (In Engl.).Spaceflight. Micro Propulsion System. URL: https://spaceflight101.com/lisa-pathfinder/cold-gas-micro-propulsionsystem/ (дата обращения: 20.08.2023).Spaceflight. Micro Propulsion System. URL: https://spaceflight101.com/lisa-pathfinder/cold-gas-micro-propulsionsystem/ (accessed: 20.08.2023). (In Engl.).Li M.-X., Tang Hai-Bin, Zhang Z. Experimental investigation on dynamic and steady performance of cold gas micro-propulsion thruster // Journal of Propulsion Technology. 2013. Vol. 36. P. 728–733.Li M.-X., Tang Hai-Bin, Zhang Z. Experimental investigation on dynamic and steady performance of cold gas micro-propulsion thruster // Journal of Propulsion Technology. 2013. Vol. 36. P. 728–733. (In Engl.).Levchenko I., Bazaka K., Ding Y. [et al.]. Space micropropulsion systems for Cubesats and small satellites: From proximate targets to furthermost frontiers // Applied Physics Reviews. 2018. Vol. 5. P. 011104. DOI: 10.1063/1.5007734.Levchenko I., Bazaka K., Ding Y. [et al.]. Space micropropulsion systems for Cubesats and small satellites: From proximate targets to furthermost frontiers // Applied Physics Reviews. 2018. Vol. 5. P. 011104. DOI: 10.1063/1.5007734. (In Engl.).Литау Л. Н., Вавилов И. С., Жвайдес Е. И. [и др.]. Исследование реактивной струи дилатометрического резистивного микродвигателя малого космического аппарата аэродинамическим методом // Проблемы разработки, изготовления и эксплуатации ракетно-космической техники и подготовки инженерных кадров для авиакосмической отрасли: материалы XIII Всерос. науч.-техн. конф., посвященной памяти главного конструктора ПО «Полёт» А. С. Клинышкова. Омск, 02– 03 апреля 2019. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2019. С. 11–20. EDN: XPOUBM.Litau L. N., Vavilov I. S., Zhvaydes E. I. [et al.]. Issledovaniye reaktivnoy strui dilatometricheskogo rezistivnogo mikrodvigatelya malogo kosmicheskogo apparata aerodinamicheskim metodom [Investigation of the jet stream of a dilatometric resistive microthruster of a small spacecraft by an aerodynamic method] // Problemy Razrabotki, Izgotovleniya i Ekspluatatsii Raketno-Kosmicheskoy Tekhniki i Podgotovki Inzhenernykh Kadrov Dlya Aviakosmicheskoy Otrasli. Problems of Development, Manufacture and Operation of Rocket and Space Technology and Training of Engineers for the Aerospace Industry. Omsk, 2019. P. 11–20. EDN: XPOUBM. (In Russ.).Смагин М. В., Колягин Е. Е., Суднев В. В. [и др.]. Исследование режимов работы полимерного дилатометрического привода // Проблемы машиноведения: материалы VI Междунар. науч.-техн. конф., Омск, 22–23 марта 2022. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2022. С. 78–84. DOI: 10.25206/978-5-8149-3453-6-202278-84. EDN: ANXPJC.Smagin M. V., Kolyagin E. E., Sudnev V. V. [et al.]. Issledovaniye rezhimov raboty polimernogo dilatometricheskogo privoda [Investigation of the modes of operation of a polymer dilatometric thruster] // Problemy Mashinovedeniya. Problems of Mechanical Engineering. Omsk, 2022. P. 78–84. DOI: 10.25206/978-5-8149-3453-6-2022-78-84. EDN: ANXPJC. (In Russ.).Ющенко В. А., Ячменев П. С. Определение массового расхода газа низкого давления, поступающего к рабочему объекту, находящемуся в условиях вакуума // Молодой исследователь: вызовы и перспективы: сб. ст. по материалам CXCVI Международ. науч.-прак. конф., Москва, 11 января 2021. Москва: ООО Интернаука, 2021. Т. 1. С. 548–555. EDN: WIYOAT.Yushchenko V. A., Yachmenev P. S. Opredeleniye massovogo raskhoda gaza nizkogo davleniya, postupayushchego k rabochemu ob”yektu, nakhodyashchemusya v usloviyakh vakuuma [Determination of the mass flow rate of low-pressure gas flowing to a working object in vacuum conditions] // Molodoy Issledovatel’: Vyzovy i Perspektivy. Young Researcher: Challenges and Prospects. Moscow, 2021. Vol. 1. P. 548–555. EDN: WIYOAT. (In Russ.).Вавилов И. С., Ячменев П. С., Федянин В. В., Жариков К. И., Степень П. В., Лукьянчик А. И., Кузьменко И. А. Двухзазорный СВЧ ионный двигателя и его исследование аэродинамическим методом // Омский научный вестник. Сер. Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение. 2022. Т. 6, № 1. С. 109–117. DOI: 10.25206/2588-0373-2022-6-1109-117. EDN: JTZQOD.Vavilov I. S., Yachmenev P. S., Fedyanin V. V., Zharikov K. I., Stepen P. V., Lukyanchik A. I., Kuzmenko I. A. Dvukhzazornyy SVCH ionnyy dvigatelya i ego issledovaniye aerodinamicheskim metodom [Two-gaps microwave ion engine and its study by aerodynamic method] // Omskiy Nauchnyy Vestnik. Ser. Aviatsionno-Raketnoye i Energeticheskoye Mashinostroyeniye. Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering. 2022. Vol. 6, no. 1. P. 109–117. DOI: 10.25206/2588-0373-2022-6-1-109-117. EDN: JTZQOD. (In Russ.).Абрамович Г. Н. Прикладная газовая динамика. В 2 ч. 5-е изд., перераб. и доп. Москва: Наука. 1991. Ч. 1. 597с. ISBN 5-02-014015-5.Abramovich G. N. Prikladnaya gazovaya dinamika. V 2 ch. [Applied gas dynamics. In 2 Parts]. 5th ed. Moscow, 1991. Part 1. 597 p. ISBN 5-02-014015-5. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.