Введение
1 История разработки и исследования ионных двигателей 9
1.1 История применения ионных двигателей 9
1.2 Ионный двигатель и процессы, протекающие в его газоразрядной камере 9
1.3 Моделирование как метод исследования 12
1.4 Методы моделирования динамики плазмы 13
1.5 Моделирование плазмы в газоразрядной камере ионного двигателя 15
1.6 Моделирование близких по параметрам плазменных устройств 20
1.7 Основные результаты обзора работ по моделированию ИД 21
2 Постановка модели 24
2.1 Выбор методики моделирования 24
2.2 Область моделирования 25
2.3 Моделируемые процессы 26
2.4 Плазма в электростатическом приближении 26
2.5 Столкновения между частицами 28
2.6 Кинетические уравнения компонент плазмы 29
2.7 Полная система уравнений 31
2.8 Граничные условия 31
2.9 Методика задания начальных условий 32
2.10 Методика упрощения кинетического моделирования плазмы 35
2.11 Обобщение постановки модели 37
3 Численная реализация модели 38
3.1 Область устойчивости решения 38
3.2 Общий алгоритм моделирования 40
3.3 Задание параметров моделирования 40
3.4 Построение расчетной области 41
3.5 Алгоритм шага по времени 42
3.6 Взаимосвязь локальных и сеточных величин 44
3.7 Расчет потенциала электрического поля 46
3.8 Интегрирование движения макрочастиц 49
3.9 Методика индивидуального подбора шага по времени для частиц 51
3.10 Моделирование столкновений 53
3.11 Взаимодействие частиц с границами области моделирования 57
3.12 Моделирование катода 58
3.13 Учет влияния источника разряда 61
3.14 Обобщение численной реализации модели 61
4 Тестирование численных алгоритмов 63
4.1 Тестирование алгоритмов сеточной интерполяции 63
4.2 Тестирование алгоритмов расчета электрического поля 64
4.3 Тестирование алгоритмов движения частиц 67
4.4 Тестирование алгоритмов взаимодействия частиц с границами области моделирования 69
4.5 Тестирование алгоритмов взаимодействия между частицами 71
4.6 Обобщение результатов тестирования вычислительных алгоритмов 72
5 Результаты моделирования 73
5.1 Ионный двигатель ИД-50 73
5.2 Параметры и схема области моделирования для ГРК ИД-50 76
5.3 Результаты моделирования ГРК ИД-50 77
5.4 Распределения параметров плазмы в ГРК ИД 83
5.5 Распределение электронов по энергиям 90
5.6 Динамика ионной компоненты 98
5.7 Обобщение результатов моделирования 1 6 Заключение 103
7 Список литературы 106
