[ МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ
(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
«УТВЕРЖДАЮ»
Проректор по учебной работе
М.Ю. Куприков
« » _2007 г.
ПРОГРАММА
дисциплины «Плазменные ускорители»для специальности (специализации) 140505 Выпускающие Обеспечивающие Факультеты 2 2 Кафедры 203, 208 2 Аудиторные Самостоятельная работа Вид Итого, Ф занятия, студента, контроля ч а С ч ч к е К Л ПЗ, Про- Под- Под- Вы- Вы- Э у м у е семи- ра- го- го- пол- пол- к З Ауди л е р к нары ботка товка товка нение нение з а -торь с с ц ЛР лек- к к КП, РР, а ч ные СРС т т и ций ЛР ПЗ, КР ГР, м е заня- е р и сем. РЕФ е т тия т н 2 4 7 34 8 8 38 4 18 40 7 50 Итого: Всего:
34 8 8 38 4 18 40 50 Программу составил: доцент, к.т.н. Хартов С.А. Подпись Программа одобрена Заведующий выпускающей кафедрой 208 Заведующий обеспечивающей кафедрой И.П. Назаренко И.П. Назаренко «_»_2007 г. «_»_2007 г.
Заведующий выпускающей кафедрой Ю.А. Равикович «_»_2007 г.
Декан выпускающего факультета _В.В. Черваков «_»_2007 г.
График изучения дисциплины Фа- Се- Количество часов по неделям куль ме- Вид тет стр занятий 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 лекции 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 ЛР 4 ПЗ, сем.
2 2 2 КП, КР, РР, ГР, РЕФ лекции ЛР ПЗ, сем.
КП, КР, РР,
РАЗДЕЛ I. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
специальности 140505. Она имеет целью ознакомить студентов, специализирующихся в области плазменных энергетических установок, с принципами работы, типовыми характеристиками и параметрами плазменных ускорителей.В процессе обучения студенты слушают лекции, изучают учебную литературу, проводят лабораторные работы, выполняют курсовой проект.
В результате изучения дисциплины студент должен особенности рабочих процессов в плазменных ускорителях различного тенденции и пути развития плазменных ускорителей;
методы расчета параметров плазменных ускорителей;
применять на практике полученные знания;
выбирать рациональные варианты проектных решений;
выполнять расчеты параметров плазменных ускорителей.
Полученные знания и навыки позволяют студентам в дальнейшем вести расчеты и проектирование плазменных ускорителей, участвовать в их исследованиях и эксплуатации.
РАЗДЕЛ II. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Тема 1. Введение.Принципиальные схемы и характеристики современных ускорителей вещества.
Разделение источников энергии и рабочего процесса -эффективный путь повышения энергетических характеристик ускорителей. Показатели, характеризующие эффективность плазменного ускорителя.
Условия эксплуатации. Требования к плазменным ускорителям.
Тема 2. Принципы получения и ускорения плазмы.
Получение заряженных частиц на поверхности и в объеме. Процессы ионизации и ускорения плазмы. Принципиальная схема и основные характеристики ускорителя прямого действия для разгона ионов в постоянном внешнем электрическом поле.
Физические процессы ускорения плазмы в электромагнитном поле. Система основных уравнений, описывающих движение ионов в постоянных скрещенных электрическом и магнитном полях и ее решение. Диссипативное (омическое) ускорение. Бездиссипативное (электростатическое) ускорение.
Тема 3. Приэлектродные процессы Процессы на катоде. Катодное падение потенциала. Процессы теплообмена.
Эрозия катодов на режимах запуска и стационарной работы. Анодные процессы.
Анодное падение потенциала. Влияние магнитного поля на анодное падение. Кризис тока. Тепловыделение на анодах. Системы нейтрализации ионных потоков.
Тема 4. Классификация ускорителей плазмы Классификация ускорителей по механизму ускорения ионов, по способу нагрева рабочего вещества, по способу создания магнитного поля, по геометрической форме электродов.
Тема 5. Ускорители с тепловым механизмом ускорения.
Электродуговые ускорители. Устройство и принцип действия. Основные характеристики. Основы расчета. Вольт-амперные характеристики и особенности стабилизации разряда.
Тема 6. Плазменные ускорители с электромагнитным ускорением Коаксиальные и торцевые схемы. Основные характеристики. Стационарные и импульсные ускорители. Ускорители с внешним и собственным магнитным полем.
Холловский ускоритель. Особенности физических процессов и вольт-амперные характеристики. Взаимосвязь внешних и собственных магнитных полей с геометрией электродов. Особенности приэлектродных процессов. Основы расчета параметров и характеристик ускорителя. Переход к ускорителям с замкнутым дрейфом электронов.
Тема 7. Ускорители с электростатическим механизмом ускорения.
воздействии магнитного поля, движение частиц в скрещенных электрическом и магнитном полях. Устройство и принцип действия ускорителей с замкнутым дрейфом электронов. Стационарный плазменный двигатель (СПД). Конструкция и особенности рабочего процесса. Интегральные характеристики и особенности регулирования. Основы расчета и рекомендации по проектированию. Эксплуатационные параметры и методы исследования и наземной отработки. Ускоритель с анодным слоем. Конструктивные схемы и особенности рабочего процесса. Плазменно-ионные ускорители. Принцип действия.
Схемные решения. Радиочастотные ионные ускорители. Ионные ускорители с поверхностной ионизацией. Коллоидные электростатические ускорители. Основы их расчета, методы исследования. Основные характеристики. Рекомендации по проектированию ускорителей.
Тема 8. Применение плазменных ускорителей в технике.
Устройство и основные схемы установок с плазменными ускорителями.
Требования к системам электропитания. Системы подачи рабочего тела.
Энергомассогабаритные характеристики и рекомендации по выбору параметров, проектированию и оптимизации установок.
ХАРАКТЕРИСТИКА КУРСОВОГО ПРОЕКТА
В курсовом проекте студенты выполняют проектный и поверочный расчет одного из типов ускорителей, определяют его габаритные размеры, рабочие параметры и основные характеристики; с помощью программного комплекса ELCUT моделируют параметры и размеры основных элементов магнитной системы ускорителя.Курсовой проект выполняется в 7-ом семестре за счет 10 часов ИЗП и 16 часов СРС.
ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
ПЗ 1. Использование программного комплекса ELCUT для расчета магнитных 2 часа систем ускорителей плазмы Тема ПЗ 1. Расчет характеристик торцевого холловского ускорителя плазмы 2 часа Тема ПЗ 3. Расчет характеристик униполярного электростатического ускорителя 2 часа Тема ПЗ 4. Расчет характеристик плазменного ускорителя с замкнутым дрейфом 2 часа электронов ТемаПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
ЛР 1. Исследование характеристик плазменного ускорителя.4 часа По теме ЛР2. Знакомство с натурными образцами плазменных ускорителей.
4 часа Исследование характеристик ускорителя с замкнутым дрейфом
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА СТУДЕНТОВ
7 семестр - 38 часов на проработку лекций, - 22 часа на подготовку к практическим занятиям и лабораторным работам.- 40 часов на выполнение курсового проекта.
РАЗДЕЛ III. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
ПО ДИСЦИПЛИНЕ
3.1 Рекомендуемая литература:Учебная и методическая литература:
1. Квасников Л. А., Латышев Л. А., Пономарев-Степной Н. Н., Севрук Д. Д., Тихонов В. Б.
Теория и расчет энергосиловых установок космических летательных аппаратов. Учебник, 2е изд. - М.: МАИ, 2001.
2. Белан Н.В., Ким В.П., Оранский А.И., Тихонов В.Б. Стационарные плазменные двигатели. Учебник., - Харьков: ХАИ, 1989.
3. Гаврюшин В.М., Григорьян В.Г., Латышев Л.А. Применение электростатических ускорителей в народном хозяйстве. Учебное пособие. - М.: МАИ, 1989.
4. Методические указания для практических занятий по курсу "Двигательные установки". Под ред. Латышева Л.А. Учебное пособие. - М.:МАИ, 1993.
5. Елизаров Л.И., Латышев Л.А., Зинчук А.А. Энергофизические установки. Учебное Другие виды литературы:
1. Морозов А.И. Физические основы космических электрореактивных двигателей. Т.
1. Элементы динамики потоков в ЭРД. - М.: Энергоатомиздат, 1978.
2. Морозов А.И. Введение в плазмодинамику. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006.
3. Гришин С.Д., Лесков Л.В., Козлов Н.П. Плазменные ускорители. - М.:
Машиностроение, 1983.
4. Габович М.Д., Плешивцев Н.В., Семашко Н.Н. Пучки ионов и атомов для управляемого термоядерного синтеза и технологических целей. - М.:
Энергоатомиздат, 1986.
5. Лукьянов Г.А. Сверхзвуковые струи плазмы. - Л.: Машиностроение, 1985.
6. Глибицкий М.М. Системы питания и управления электрическими ракетными двигателями. - М.: Машиностроение, 1981.
7. Абгорян И.А., Андронов А.Н., Титов А.И. Физические основы электронной и ионной технологии. - М.: Высшая школа, 1984.
8. ELCUT® Моделирование двумерных полей методом конечных элементов (Руководство пользователя). – С.-П.: Производственный кооператив ТОР, 3.2 Технические и другие средства обучения.
Плакаты, экспонаты, экспериментальные установки, программный комплекс ELCUT®, класс IBM PC.
«