Мостовой резонансный источник питания электродугового двигателя малого космического аппарата

В настоящей работе решается прикладная задача проектирования мостового резонансного преобразователя с системой высоковольтного зажигания дуги в канале электродугового двигателя. Представлена разработка мостового резонансного источника питания, проведен обзор и анализ источников питания дуговых двигателей различной мощности.

Рассмотрены теоретические аспекты расчета основных параметров источника. Приведена передаточная функция, описывающая коэффициент усиления резонансного контура источника питания. С помощью передаточной функции построены диаграммы усиления при разных значениях добротности контура. Представлен опытный образец источника питания, системы запуска и электродугового двигателя. Проведена серия экспериментов, направленных на выявление работоспособности источника.

По результатам экспериментов максимальная выходная мощность источника составила 182,4 Ватта, а максимальная эффективность — 87,5 %. Получены частотные спектры выходного тока источника питания. Построены вольтамперные характеристики для рабочего тела Ar и N₂.

В процессе исследования обнаружены явления связанные с хаотической динамикой дуги в канале двигателя. Хаотические колебания наблюдались в момент запуска двигателя и исчезали после установившегося режима работы.

1. Надараиа Ц. Г., Шестаков И. Я., Фадеев А. А. [и др.]. Повышение энергетической эффективности системы электропитания перспективных космических аппаратов // Сибирский аэрокосмический журнал. 2016. Т. 17, № 4. С. 983–988.

2. Blinov V. N., Vavilov I. S., Kositsin 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. P. IPL0581-IPL0581. DOI: 10.17485/ijst/2015/v8i27/82937.

3. Боязитов С. Ю., Вастрюков В. Ф., Деев В. Е. [и др.]. Система электропитания корректирующей двигательной установки малого космического аппарата // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2010. Т. 316, № 4. С. 97–101.

4. Ходненко В. П. Деятельность ВНИИЭМ в области исследования, разработки и применения электроракетных двигателей // Вопросы электромеханики. Труды ВНИИЭМ. 2016. Т. 151, № 2. С. 30–41.

5. Gruber R. Power electronics for a 1-kilowatt arcjet thruster // 22nd Joint Propulsion Conference. 1986. P. 1507.

6. Botto G., Parisi G., Detoma E. Аrcjet power conditioning unit: design characteristics and preliminary tests // 23nd Joint Propulsion Conference. 1993. IEPC1993-045. P. 416–423.

7. Basic Principles of LLC Resonant Half Bridge Converter and DC/Dynamic Circuit Simulation Examples. URL: https://studyres.com/doc/13453382/and9408-basic-principles-of-llc-resonant-half-bridge (дата обращения: 23.02.2023).

8. Ding H. Design of Resonant Half-Bridge converter using IRS2795 (1, 2) Control IC. International Rectifier: Application Note AN-1160. URL: https://www.infineon.com/dgdl/an-1160.pdf?fileId=5546d462533600a40153559a85df1115 (дата обращения: 23.02.2023).

9. Федянин В. В., Ячменев П. С. Разработка и экспериментальные исследования источника питания электродуговых микродвигателей для корректирующих двигательных установок малых космических аппаратов // Омский научный вестник. 2019. № 5 (167). С. 46–50. DOI: 10.25206/1813-8225-2019-167-46-50.

10. Abdel-Rahman S. Resonant LLC converter: Operation and design: Application Note AN-2012-0. V. 1 / Infineon Technologies North America (IFNA) Corp. 2012. P. 4.

11. Huang C. W., Liang J. M., Hsu W. T. [et al.]. This person is not on Research Gate, or hasn't claimed this research yet. et al. A design of fly back switched-mode power supply with soft switching using the UC3842 controller // Journal of Physics Conference Series. 2021. Vol. 2020 (1). 012031. DOI: 10.1088/1742-6596/2020/1/012031.

12. Шалай В. В., Горбунков В. И., Колганов И. В. Математическое моделирование тепловых процессов электроплазменного микродвигателя // Омский научный вестник. Сер. Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение. 2022. Т. 6, № 3. С. 17–23. DOI: 10.25206/2588-0373-2022-6-3-17-23.

13. Bloxsidge G. J., Dowling A. P., Langhorne P. J. Reheat buzz: an acoustically coupled combustion instability. Part 2. Theory // Journal of Fluid Mechanics. 1988. Vol. 193. P. 445–473.

14. Рюэль Д., Такенс Ф. О природе турбулентности // Странные аттракторы: сб. ст. / под ред. Я. Г. Синая, Л. П. Шильникова. Москва: Мир, 1981. С. 117.

15. Коников А. Д. Ионофон как альтернативный способ воспроизведения звука // Компьютерные системы и сети: материалы 51-й науч. конф. Минск: Изд-во БГУИР, 2015. С. 104–106.