avroenОмский научный вестник. Серия "Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение"Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering2588-03732587-764XОмский государственный технический университет10.25206/2588-0373-2023-7-1-55-60avroen-59Research ArticleАВИАЦИОННАЯ И РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКАAVIATION AND ROCKET-SPACE ENGINEERINGИсследования проектного облика электротермического микродвигателя с пористой структурой для двигательных установок малых космических аппаратовStudies of the design layout of resistojet with porous structure for propulsion systems of small spacecrafthttps://orcid.org/0000-0002-9309-4610БлиновВ. Н.BlinovV. N.

Блинов Виктор Николаевич, доктор технических наук, профессор (Россия), профессор кафедры «Авиаи ракетостроение» Омского государственного технического университета (ОмГТУ), SPIN-код: 8934-4313. AuthorID (РИНЦ): 530029. AuthorID (SCOPUS): 56503115200.

644050, Омск, пр. Мира, 11

Lukyanchik Anton Igorevich - Senior Lecturer of Aircraft and Rocket Building Department, OmSTU. SPIN-code: 2378-9723. AuthorID (SCOPUS): 57189506536. ResearcherID: O-8722-2016

Omsk, Mira Ave., 11, 644050

blinovwiktor@yandex.ruКосицынВ. В.KositsinV. V.

Косицын Валерий Владимирович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Авиаи ракетостроение» ОмГТУ, SPIN-код: 8766-8891. AuthorID (РИНЦ): 723680. AuthorID (SCOPUS): 56503934600.

644050, Омск, пр. Мира, 11

Blinov Viktor Nikolayevich, Doctor of Technical Sciences, Professor of Aircraft and Rocket Building Department, SPIN-code: 8934-4313. AuthorID (RSCI): 530029. AuthorID (SCOPUS): 56503115200.

Omsk, Mira Ave., 11, 644050

valera_kositsin@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3309-4125ЛукьянчикА. И.LukyanchikA. I.

Лукьянчик Антон Игоревич - старший преподаватель кафедры «Авиаи ракетостроение» ОмГТУ, SPIN-код: 2378-9723. AuthorID (SCOPUS): 57189506536. ResearcherID: O-8722-2016.

644050, Омск, пр. Мира, 11

Kositsin       Valeriy         Vladimirovich - Candidate        of Technical Sciences, Associate Professor of Aircraft and Rocket Building Department, SPIN-code: 8766-8891. AuthorID (RSCI): 723680. AuthorID (SCOPUS): 56503934600.

Omsk, Mira Ave., 11, 644050

lukyanchik1991@mail.ruОмский государственный технический университетРоссияOmsk State Technical UniversityRussian Federation202330032023715560Copyright © Блинов В.Н., Косицын В.В., Лукьянчик А.И., 20232023Блинов В.Н., Косицын В.В., Лукьянчик А.И.Blinov V.N., Kositsin V.V., Lukyanchik A.I.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ariem.omgtu.ru/jour/article/view/59

Представлены результаты экспериментальных исследований на азоте с избыточным давлением 0,02 МПа электротермического микродвигателя двигательной установки малого космического аппарата с пористой структурой массой 45 г и автономным нагревательным элементом радиусом 3 мм с потребляемой мощностью до 60 Вт для времени прогрева до 300 с. Экспериментально доказана возможность использования пористой структуры в качестве объемного газовода топлива с увеличением интенсивности теплоотдачи и определена фактическая удельная теплоемкость пористой структуры. С учетом фактической удельной теплоемкости проведены теоретические исследования массы и геометрии пористой структуры в составе микродвигателя, оптимальные в отношении используемого автономного нагревательного элемента мощностью и величины нагрева топлива в диапазоне (573–1273) К. С учетом радиуса нагревательного элемента определен диапазон температур топлива (573–973) К, соответствующий оптимальным массам и радиусам пористой структуры для формирования проектного облика микродвигателя.

The results of experimental studies on nitrogen with an overpressure of 0,02 MPa resistojet propulsion system of a small spacecraft with a porous structure weighing 45 g and an autonomous heating element with a radius of 3 mm with a power consumption of up to 60 watts for a warm-up time of up to 300 s are presented. The possibility of using a porous structure as a volumetric fuel gas pipeline with an increase in heat transfer intensity has been experimentally proved and the actual specific heat capacity of the porous structure has been determined. Taking into account the actual specific heat capacity, theoretical studies of the mass and geometry of the porous structure in the resistojet composition are carried out, optimal with respect to the autonomous heating element used by the power and the amount of fuel heating in the range (573–1273) K. Taking into account the radius of the heating element, the fuel temperature range (573–973) K corresponding to the optimal masses and radii of the porous structure for the formation of the resistojet design layout is determined.

автономный нагревательный элементдвигательная установкамалый космический аппаратпористая структурапроектный обликудельная теплоемкостьэлектротермический микродвигательautonomous heating elementpropulsion systemsmall spacecraftporous structuredesign layoutspecific heat capacityresistojetReferencesБелоконов И. В., Ивлиев А. В., Богатырев А. М. [и др.]. Выбор проектного облика двигательной установки наноспутника // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2019. Т. 18, № 3. С. 29–37. DOI: 10.18287/2541-7533-2019-18-3-29-37.Belokonov I. V., Ivliev A. B., Bogatyrev A. M. [et al.]. Vybor proyektnogo oblika dvigatel’noy ustanovki nanosputnika [Selection of project structure for nanosatellite propulsion system] // Vestnik Samarskogo Universiteta. Aerokosmicheskaya tekhnika, tekhnologii i mashinostroyeniye. Vestnik of Samara University. Aerospace and Mechanical Engineering. 2019. Vol. 18, no. 3. P. 29–37. (In Russ.).Leslabay P., Lauretta R., Pedreira P. The ResistoJet as a simple and cost-effective propulsion system for nanoand microsatellites // 1st IAA Latin American Symposium on Small Satellites: Advanced Technologies and Distributed Systems. March 7–10, 2017.Leslabay P., Lauretta R., Pedreira P. The ResistoJet as a simple and cost-effective propulsion system for nanoand microsatellites // 1st IAA Latin American Symposium on Small Satellites: Advanced Technologies and Distributed Systems. March 7–10, 2017. (In Engl.).Romei F., Grubišić A. N. Numerical study of a novel monolithic heat exchanger for electrothermal space propulsion // Acta Astronautica. 2019. Vol. 159. P. 8–16. DOI: 10.1016/j.actaastro.2019.03.025.Romei F., Grubišić A. N. Numerical study of a novel monolithic heat exchanger for electrothermal space propulsion // Acta Astronautica. 2019. Vol. 159. P. 8–16. DOI: 10.1016/j.actaastro.2019.03.025. (In Engl.).Romei F., Grubišić A. N. Validation of an additively manufactured resistojet through experimental and computational analysis // Acta Astronautica. 2020. Vol. 167. P. 14–22. DOI: 10.1016/j.actaastro.2019.10.046.Romei F., Grubišić A. N. Validation of an additively manufactured resistojet through experimental and computational analysis // Acta Astronautica. 2020. Vol. 167. P. 14–22. DOI: 10.1016/j.actaastro.2019.10.046. (In Engl.).Makled A., Othman M. Theoretical and experimental investigation of resisto-jet thruster // 17th International Conference on Applied Mechanics and Mechanical Engineering. 19–21 April, 2016. 15 р. URL: http://www.mtc.edu.eg/pub/Issues/IssuesPaper/20170111_111606.pdf (дата обращения: 11.09.2022).Makled A., Othman M. Theoretical and experimental investigation of resisto-jet thruster // 17th International Conference on Applied Mechanics and Mechanical Engineering. 19–21 April, 2016. 15 р. URL: http://www.mtc.edu.eg/pub/Issues/IssuesPaper/20170111_111606.pdf (accessed: 11.09.2022). (In Engl.).Blinov V. N., Vavilov I. S., Kositsin V. V. [et al.]. Design features and research of ElectrothermalMicrothrusters with Autonomous Heating Elements for the Purposes of Small Space Vehicle Orbital Manoeuvring //Indian Journal of Science and Technology. 2015. Vol. 8 (27). DOI: 10.17485/ijst/2015/v8i27/82937.Blinov V. N., Vavilov I. S., Kositsin V. V. [et al.]. Design features and research of Electrothermal Microthrusters with Autonomous Heating Elements for the Purposes of Small Space Vehicle Orbital Manoeuvring // Indian Journal of Science and Technology. 2015. Vol. 8 (27). DOI: 10.17485/ijst/2015/v8i27/82937. (In Engl.).Блинов В. Н., Косицын В. В., Лукьянчик А. И. [и др.]. Исследования основных проектных параметров импульсной электротермической двигательной установки наноспутников// Космонавтика и ракетостроение. 2022. Т. 2 (125). С. 75–88.Blinov V. N., Kositsyn V. V., Luk’yanchik A. I. [et al.]. Issledovaniya osnovnykh proyektnykh parametrov impul’snoy elektrotermicheskoy dvigatel’noy ustanovki nanosputnikov [Studies of the main design parameters of the pulsed electrothermal propulsion system of nanosatellites] // Kosmonavtika i raketostroyeniye. Cosmonautics and Rocket Science. 2022. Vol. 2 (125). P. 75–88. (In Russ.).Литвиненко В. В. Влияние капиллярно-пористых структур на интенсификацию процессов теплообмена при кипении жидкостей // Молодой ученый. 2019. № 7 (245). С. 113–116.Litvinenko V. V. Vliyaniye kapillyarno-poristykh struktur na intensifikatsiyu protsessov teploobmena pri kipenii zhidkostey [The effect of capillary-porous structures on the intensification of heat exchange processes during boiling of liquids] // Molodoyuchenyy. Young Scientist. 2019. No. 7 (245). P. 113–116. (In Russ.).Овсяник А. В., Макеева Е. Н. Определение параметров теплообмена при парообразовании смесевых хладогентов на высокотеплопроводных порошковых спеченных капиллярнопористых покрытиях // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2018. Т. 61, № 1. С. 70–79. DOI: 10.21122/1029-7448-2018-61-1-70-79.Ovsyanik A. V., Makeyeva E. N. Opredeleniye parametrov teploobmena pri paroobrazovanii smesevykh khladogentov na vysokoteploprovodnykh poroshkovykh spechennykh kapillyarno-poristykh pokrytiyakh [Determination of parameters of exchange for vaporization of the mixed refrigerant on the high thermal conductivity sintered powder capillary-porous coatings] // Energetika. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy i energeticheskikh ob”yedineniy SNG. Energy. Proceedings CIS Higher Educational Institutions and Power Energy Associations. 2018. Vol. 61, no. 1. P. 70–79. DOI: 10.21122/1029-7448-2018-61-1-70-79. (In Russ.).Володин О. А., Печеркин Н. И., Павленко А. Н. Интенсификация теплообмена при кипении и испарении жидкостей на модифицированных поверхностях // Теплофизика высоких температур. 2021. Т. 59, № 2. С. 280–312. DOI: 10.31857/S0040364421020149.Volodin O. A., Pecherkin N. I., Pavlenko A. N. Intensifikatsiya teploobmena pri kipenii i isparenii zhidkostey na modifitsirovannykh poverkhnostyakh [Heat transfer enhancement at boiling and evaporation of liquids on modified surfaces-a review] // Teplofizika vysokikh temperature. High Temperature. 2021. Vol. 59, no. 2. P. 280–312. DOI: 10.31857/S0040364421020149. (In Russ.).Макеева Е. Н., Кныш О. А. Интенсивные теплообменные поверхности для испарителей холодильных и теплонасосных установок на смесевых озонобезопасных гидрофторуглеродах // Вестник ГГТУ имени П. О. Сухого: научно-практический журнал. 2019. № 3. С. 71–76.Makeyeva E. N., Knysh O. A. Intensivnyye teploobmennyye poverkhnosti dlya ispariteley kholodil’nykh i teplonasosnykh ustanovok na smesevykh ozonobezopasnykh gidroftoruglerodakh [Intensive heat transfer surfaces for evaporators in refrigeration and heat pump systems using mixed ozone-safe hydrofluorocarbons] // Vestnik GGTU imeni P. O. Sukhogo: nauchno-prakticheskiy zhurnal. Vestnik GGTU imeni P. O. Sukhogo: Nauchno-Prakticheskiy Zhurnal. 2019. No. 3. P. 71–76. (In Russ.).Hu H., Xu C., Zhao Y. [et al.]. Boiling and quenching heat transfer advancement by nanoscale surface modification // Sci. Rep. 2017. Vol. 7. P. 6117. DOI: 10.1038/s41598-017-06050-0.Hu H., Xu C., Zhao Y. [et al.]. Boiling and quenching heat transfer advancement by nanoscale surface modification // Sci. Rep. 2017. Vol. 7. P. 6117. DOI: 10.1038/s41598-017-06050-0. (In Engl.).

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