Исследования проектного облика электротермического микродвигателя с пористой структурой для двигательных установок малых космических аппаратов

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.

1. Белоконов 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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).

6. 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.

7. 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.

8. Литвиненко В. В. Влияние капиллярно-пористых структур на интенсификацию процессов теплообмена при кипении жидкостей // Молодой ученый. 2019. № 7 (245). С. 113–116.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.