Ученые из ПНИПУ представили математическую модель, которая может значительно повысить надежность ионных двигателей. Разработка направлена на предотвращение разрушения электродов, что особенно важно для космических аппаратов. Новый подход уже показал эффективность на этапе проектирования.
Исследователи Пермского политехнического университета сосредоточились на проблеме разрушения электродов в ионных двигателях. Этот вид двигателей активно применяется для управления положением и ориентацией космических аппаратов, таких как спутники, малые роботы и станции. Электроды, которые представляют собой перфорированные пластины, сталкиваются с высокими нагрузками и вибрациями при выводе на орбиту. Это приводит к их повреждению и снижает надежность всей системы.
"Чем выше удельный импульс двигателя, тем больше полезного груза можно доставить на орбиту при том же количестве топлива"
- Пресс-служба ПНИПУ
Для анализа повреждаемости материала ученые создали двухуровневую модель. Первый этап моделирования оценивает вероятность повреждения отдельных зерен материала и их долю. Далее перерасчитываются упругие свойства композита. На втором уровне учитываются макронапряжения и деформации. Интерактивный обмен данных между уровнями позволяет отследить изменения структуры материала под воздействием накопленных повреждений.
После перерасчета исследователи выявили, что изменение упругих свойств снижает показатель макронапряжений на 9,54%. Однако увеличение амплитуды перемещений приводит к повышенному риску соударений электродов. Например, отклонение в 0,153 мм становится критическим из-за минимального зазора между пластинами.
"Превышение амплитуды приводит к разрушению электродов, что требует точного учета свойств материала на уровне зерен"
- Вячеслав Шавшуков, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры ПНИПУ
Эта работа имеет практическое значение для разработки отечественных ионных двигателей. Она позволяет учесть свойства материалов еще на этапе проектирования и уменьшить вероятность поломок. Результаты исследования были опубликованы в журнале "Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника" и проведены в рамках программы "Приоритет 2030".
Источник: пресс-служба ПНИПУ
