b1

1.Техническое задание

1.1Условие

Спроектировать двигатель мощностью 35 кВт для Многоразового Межорбитального Буксира (ММБ) с ядерной электроракетной двигательной установкой (ЯЭРДУ) с термоэмиссионной ЯЭУ для обеспечения задач, связанных с большими грузопотоками с орбиты Земли на орбиту Луны.

1.2 Задачи

Исходя из требований технического задания необходимо:

предложить схему ММБ;

определить оптимальные параметры ММБ и двигательной установки;

выбрать тип двигателя и рабочее тело;

определить основные характеристики двигателя;

разработать конструкцию двигателя;

предложить принципиальные схемы основных систем ММБ: системы хранения и подачи рабочего тела (СХП), электрическую схему

разработать рабочие чертежи основных деталей двигателя.

2. Расчёт оптимальных параметров ММБ

Примем, в отличие от [1], что , где к-коэффициент соотношения между и .Примем также, что ресурс ЯЭУ составляет 5 лет, что в настоящее время считается обоснованным.Эксплуатация ММБ с ЯЭУ возможна лишь на орбитах выше радиационно-безопасной (РБО), которая по современным представлениям не должна быть ниже 800 к м.Примем схему развертывания при помощи двух пусков РН класса «Протон-М». При этом суммарная масса ММБ с ПГ на РБО составит 33 тонны.Как и в [1] считаем, что затраты характеристической скорости для прямого и обратного рейса равны, то есть ^.

Стартовая масса собранного комплекса на РБО определяется как сумма масс систем и агрегатов, входящих в состав транспортно комплекса

,

где - масса ЯЭУ; - масса ЭРДУ; - масса конструкции ММБ, систем и агрегатов отведения ЯЭУ, систем стыковки, но без учета массы конструктивных элементов отсека с ПГ; - масса рабочего тела; Шсхп ~ масса системы хранения и подачи рабочего тела; - масса отсека ПГ.

В [1] получено следующее выражение для удельного импульса:

,

где - мощность ЭРДУ; - время перелета с орбиты Земли на орбиту Луны; ~ КПД двигательной установки.

,

Где -мощность ЯЭУ; - коэффициент затрат энергии на собственные нужды ЯЭУ ( = 0,1).

Определим составляющие масс в (1).

,

где к_зап - коэффициент запаса по количеству ЭРД (к_зап=1,15); - удельная масса ЭРДУ (=1 кг/кВт).

, где -удельная масса ЯЭУ;

После преобразований было получено следующее выражение для массы ПГ, доставляемого за один рейс ММБ с ЯЭРДУ на орбиту Луны

где - коэффициент, определяющий массу СХП в долях от массы заправляемого рабочего тела (⁼ 0,1); - коэффициент резерва рабочего тела ( = 0,05...0,1);, ( - некоторые эмпирические коэффициенты ( = 0,02...0,05; =0,3...0,4).

Анализируя полученное выражение, можно видеть, что

.

Количество рейсов ,

где - ресурс ЯЭУ; Т₂ - время обратного (порожнего) рейса; - время стыковочных операций на орбитах (Т_ст =10 сут.).Выражение для полной массы ПГ, доставляемого МБ на орбиту Луны в течение всего срока эксплуатации, запишется в виде.Была составлена программа, позволяющая варьировать , и соотношение к между и I₂ (k=I₂/). Результаты расчетов представлены на рисунках 1-3.