Электрореактивная двигательная установка

 

Использование: в космической технике. Изобретение позволяет повысить надежность электрореактивной двигательной установки за счет обеспечения безостановочного режима работы при возникновении аномальных выбросов разрядного тока. Сущность изобретения: электрореактивная двигательная установка содержит разрядную цепь 1 с датчиком 2 тока и высоковольтный выпрямитель 10 анодного напряжения, инвертор 3, управляемый задающим генератором 4. Датчик 2 тока подключен к входу блока 5 защиты и управления инвертором, соединенного одним выходом с блоком 7 сравнения, другим - с входом генератора 6 линейно изменяющегося напряжения, который соединен своим выходом с блоком 7 сравнения. Датчик 2 тока своим выходом соединен с вторым входом генератора 6. Блок 7 сравнения выходом подключен к входу генератора 8 широтно-импульсной модуляции, подключенного к входу блока 9 временной задержки. Блок 9 и генератор 8 своими выходами подключены к разным входам задающего генератора 4. 2 ил.

Изобретение относится к космической технике, в частности к электрореактивным двигательным установкам (ЭРДУ) на базе плазменного двигателя (ПД) для КА, и может быть использовано для создания ЭРДУ с повышенной надежностью.

Известны ЭРДУ на базе СПД, содержащие стационарный плазменный двигатель и систему электропитания и защиты [1].

Недостатком данных установок является наличие аномальных (превышающих допустимый уровень) выбросов разрядного тока СПД при работе. Длительность этих выбросов - от единиц миллисекунд до единиц секунд. Причиной этих аномальных выбросов могут быть пульсации и неустойчивость в плазме, газовые привязки, загрязнение камеры двигателя и т.п.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является ЭРДУ, описанная в [2]. ЭРДУ содержит СПД, систему электропитания и управления, в свою очередь состоящую из устройства преобразования напряжения и устройства управления и защиты, характеристики которого выбраны с учетом аномальных выбросов разрядного тока СПД.

Недостатком этой ЭРДУ так же как и в аналогах является полное откючение (по КЭП) в случае появления любого аномального выброса тока на уровне 1,5.. . 2 ном длительностью более 20 мс и с связанная с этим необходимость повторного включения. Вышеуказанный недостаток снижает надежность ЭРДУ и создает неудобства в эксплуатации.

При создании изобретения решалась задача повышения надежности установки за счет обеспечения безостановочного режима ЭРДУ при возникновении аномальных выбросов тока.

Цель достигается за счет того, что в ЭРДУ, содержащую плазменный двигатель, например СПД, систему подачи рабочего тела, систему электропитания и управления (СПУ), состоящую из устройства преобразования напряжения, содержащего задающий генератор, инвертор и высоковольтный выпрямитель анодного напряжения, устройства управления и защиты, содержащего датчик тока разряда и блок защиты и управления инвертором, введено устройство повторного включения и формирования паузы инвертора, состоящее из генератора линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН), входами соединенного с датчиком тока разряда и первым выходом блока защиты и управления инвертором, а выходом - с блоком совпадения, второй вход которого соединен с вторым выходом блока защиты и управления инвертором, генератора с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), первым выходом соединенного с первым входом задающего генератора, вторым выходом через блок временной задержки - с вторым входом задающего генератора, а входом соединенного с выходом блока совпадения. Введение в ЭРДУ устройства повторного включения и формирования паузы инвертора с указанными новыми связями позволяет непрерывно контролировать величину и скорость нарастания аномального выброса разрядного тока, преобразовывая ток разряда в пульсирующий с минимальным значением не ниже тока погасания разряда, максимальным - не выше предельно допустимого среднего уровня, и производить автоматическое отключение ЭРДУ только по истечении заданной выдержки времени, достаточной для установления факта невозможности устранения аномалии.

Структурная схема ЭРДУ представлена на фиг. 1; на фиг. 2 приведена циклограмма изменения тока разряда для случая устраняемой аномалии.

ЭРДУ содержит разрядную цепь 1, например, СПД с датчиком 2 тока и высоковольтный выпрямитель 10 анодного напряжения, инвертор 3, управляемый задающим генератором 4. Датчик 2 тока подключен к входу блока 5 защиты и управления инвертором, соединенного одним выходом с блоком 7 сравнения, а другим - с входом генератора 6 ГЛИН, который, в свою очередь, соединен своим выходом с блоком 7 сравнения. Кроме того, датчик 2 тока своим выходом соединен с вторым входом генератора 6 ГЛИН. Блок 7 выходом подключен к входу генератора 8 ШИМ, подключенного к входу блока 9 временной задержки. Блок 9 и генератор 8 ШИМ своими выходами подключены к разным входам задающего генератора 4.

Электрореактивная двигательная установка работает следующим образом. При нормальной работе ЭРДУ уровень сигнала датчика 2 тока недостаточен для срабатывания блока 5 защиты и генератора 6 ГЛИН, генератор 8 ШИМ не формирует паузы в работе задающего генератора 4 и инвертора 3 и подача электрической мощности в разрядную цепь осуществляется непрерывно.

В случае аномального нарастания тока разряда выше уровня 1,5-ном генератор 6 запускается и начинает вырабатывать на выходе линейно нарастающее напряжение. По достижении тока разряда уровня 2 ном срабатывает блок защиты и подает управляющее напряжение на блок 7. Блок 7 пропускает на вход генератора 8 ШИМ напряжение, сформированное генератором 6 ГЛИН, уровень которого зависит от скорости нарастания выброса тока разряда в промежутке от 1,5 до 2 ном, причем чем выше скорость нарастания тока разряда, тем до меньшей величины успевает вырасти напряжение на выходе генератора 6 ГЛИН. Блок 5 защиты с некоторой задержкой после срабатывания производит сброс выходного сигнала генератора 6 ГЛИН и устанавливается в состояние готовности к повторному срабатыванию. Генератор 8 ШИМ, запомнив на своей выходной RC-цепочке величину, поступившую от генератора 6 ГЛИН напряжения, вырабатывает импульсы определенной частоты (скважности), формирующие в работе задающего генератора 4 и инвертора 3 паузы. Подача электрической мощности в разрядную цепь начинает производиться импульсно, ток разряда начинает уменьшаться. По мере разряда конденсатора RC-цепочки генератор 8 ШИМ (изменением частоты скважности) уменьшает длительность пауз в импульсной подаче электрической мощности в разрядную цепь и, если аномалия на устранилась, то разрядный ток опять увеличивается, приводя к срабатыванию блока 5 защиты и повторению описанного ранее процесса, причем, так как генератор 6 ГЛИН отслеживает скорость нарастания тока разряда, то устанавливается частота (скважность) импульсной подачи электрической мощности в разрядную цепь, пропорциональная скорости нарастания аномального выброса тока разряда. Несложно выполнима и обратно пропорциональная зависимость.

Каждое срабатывание блока 5 защиты через блок 7 и 8 поступает в виде импульса напряжения на вход блока 9 временной задержки, который содержит счетчик импульсов и реле времени на выдержку, например десятки секунд.

Счетчик считает поступающие импульсы и при заполнении счетчика (емкость которого в пределах нескольких десятков) блок 9 отключает питание задающего генератора 4, отключая тем самым питание разрядной цепи. Эта ситуация соответствует режиму неустранимой аномалии, и по ее окончании формируется информация о полном неустранимом отказе. В случаях, когда аномалия устраняется в процессе борьбы с ней (см. фиг. 2) и устанавливается номинальный разрядный ток, реле времени блока 9, запустившееся от первого срабатывания блока 5 защиты, по истечении выдержки времени, например 10 с, обнуляет счетчик, предотвращая возможное накапливание импульсов срабатывания защиты за длительное время.

Формула изобретения

ЭЛЕКТРОРЕАКТИВНАЯ ДВИГАТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА, содержащая по меньшей мере один плазменный двигатель, систему электропитания и управления, состоящую из устройства преобразования напряжения, в состав которого входят задающий генератор, инвертор и высоковольтный выпрямитель анодного напряжения, и устройства управления и защиты, включающего в себя датчик тока, подключенный к разрядной цепи двигателя, и блок защиты и управления преобразователем, и систему подачи рабочего тела, отличающаяся тем, что система электропитания и управления дополнительно содержит устройство повторного включения и формирования паузы инвертора, в состав которого входят генератор линейно изменяющегося напряжения, входы которого соответственно соединены с выходом датчика тока и первым выходом блока защиты и управления преобразователем, а выход - с входом блока сравнения, второй вход которого соединен с вторым выходом блока защиты и управления преобразователем, и генератор с широтно-импульсной модуляцией, первый выход которого соединен с первым входом задающего генератора, второй выход - с вторым входом задающего генератора через блок временной задержки, состоящий из счетчика импульсов и реле времени, а вход - с выходом блока сравнения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2