Реферат: А. В. Морозов Московский авиационный институт, Москва, Россия

XXXIX Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 6 – 10 февраля 2012 г.



Численное моделирование ПОТОКА РАЗРЕЖЕННОЙ ПЛАЗМЫ, ИСТЕКАЮЩЕГО ИЗ ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО СОПЛА
М.В. Котельников, А.В. Морозов

Московский авиационный институт, Москва, Россия, tstatic@gmail.com

Проведено математическое моделирование потока квазинейтральной плазмы, истекающей из сопла плазменного двигателя, цилиндрической формы. В данном случае задача четырехмерная в фазовом пространстве и нестационарная. Исследовано влияние температуры и скорости струи, концентрации заряженных частиц и диаметра сопла на функцию распределения частиц в установившемся режиме и ее моменты.

Полная система уравнений в данном случае включает кинетические уравнения (уравнения Власова), дополненные уравнением Пуассона для самосогласованного электрического поля [1]. Истечение плазмы из сопла моделировалось путем решения данной системы уравнений при постановке соответствующих граничных условий для функции распределения заряженных частиц на его срезе. В качестве начального распределения было выбрано равновесное распределение Максвелла со сдвигом на величину направленной скорости потока плазмы, истекающей из сопла.

Моделировался переходный процесс от начального к установившемуся стационарному состоянию на заданной расчетной области. На каждом шаге по времени уравнение Пуассона решалось методом конечных разностей (FDM) с граничными условиями Дирихле и/или Неймана, а для решений уравнений Власова использовалась явная схема метода крупных частиц Ю.М. Давыдова, дополненная алгоритмом вычисления самосогласованного электрического поля на каждом временном шаге [1]. Расчет продолжался до установления стационарных значений параметров плазмы в струе и ее окрестности.

В результате расчетов были получены поля скоростей ионов и электронов, концентрации заряженных частиц и самосогласованных электрических полей при различных граничных условиях и различных значениях характерных параметров задачи. Полученные результаты совместно с экспериментальными данными [2] являются начальным этапом решения актуальной задачи электромагнитного управления направлением плазменного потока, истекающего из плазменного двигателя.

Литература

Котельников В.А., Ким В.П., Котельников М.В. Взаимодействие тел с потоками разреженной плазмы. М.: Изд-во МАИ, 2010, 186 с.

Кубарев Ю.В. Полеты на Марс, электрореактивные двигатели настоящего и будущего. Наука и технологии в промышленности, №2, 2006, с. 19-35.