Гибридная модель стационарного плазменного двигателя с учeтом конечной массы электронов

Abstract

Предложена математическая модель для исследования процессов в стационарном плазменном двигателе с учeтом ионизации рабочего вещества -- ксенона, основанная на гибридных уравнениях электромагнитной гидродинамики плазмы, учитывающих в полном объeме инерцию электронов. Выбор модели электромагнитной гидродинамики для исследования плазменных процессов предопределяется их мелкомасштабностью и низкой концентрацией частиц плазмы в стационарном плазменном двигателе. Подробно рассмотрен 1D2V случай плоской симметрии, для которого построен численный алгоритм исследования решений гибридных уравнений электромагнитной гидродинамики, базирующийся на методе макрочастиц. Дано решение ряда принципиальных вопросов: вычисление средних величин, интерполяция, построение начального распределения макрочастиц, выбор граничных условий для электрического поля и т.д. Приведены результаты расчeтов с учeтом и без учeта индукционных полей в плазменном двигателе. Влияние индукционных полей, генерируемых плазменными токами, на процессы в стационарном плазменном двигателе и роль инерции электронов ранее не изучались, и полученные результаты являются оригинальными. В частности, предложена новая нетрадиционная схема расчeта электрического поля на базе обобщeнного закона Ома, который в электромагнитной гидродинамике сводится к краевой задаче для эллиптической системы уравнений на компоненты электрического поля и в том числе требует постановки краевых условий. Важным результатом является необходимость пространственного и временного осреднения электромагнитных полей при расчeте ускорения плазмы двигателя с учeтом индукционного поля.