Ядерный ракетный двигатель



Ядерный ракетный двигатель
Ядерный ракетный двигатель
Ядерный ракетный двигатель
Ядерный ракетный двигатель
Ядерный ракетный двигатель

 


Владельцы патента RU 2521423:

Беляев Вячеслав Иванович (RU)

Изобретение относится к ракетно-космической технике, а именно к ядерным ракетным двигателям (ЯРД), и может найти применение в ракетах и аэрокосмических летательных аппаратах, предназначенных для выполнения долговременных беспосадочных полетов одновременно в атмосфере, в безвоздушном (стратосфере) и околоземном космическом пространстве. ЯРД включает ядерный реактор, теплообменную камеру с радиационно-защитным днищем, через которое герметично пропущены тепловоды. Теплообменная камера ЯРД выполнена секционированной, с нагревательными каналами, разделенными межсекционными стенками и связанными полостями с возможностью последовательного прохода рабочего тела через каналы всех секций до выхода в сверхзвуковое сопло или блок сопел. Технический результат - повышение удельной тяги и эффективности работы ЯРД, возможность использования маршевого рабочего тела в бортовых турбоагрегатах, турбоэлектрогенераторах и управляющих двигателях с сохранением их работоспособности при отключенном маршевом сопле. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к ракетно-космической технике, касается ядерных ракетных двигателей (ЯРД) и может найти применение в космических и аэрокосмических летательных аппаратах. Наиболее эффективно использование изобретения в аэрокосмических самолетах (АКС), предназначенных для выполнения долговременных беспосадочных полетов одновременно в атмосфере, в безвоздушном (стратосфере) и околоземном космическом пространстве, маневренных межорбитальных полетов по любым траекториям.

Известны проекты ЯРД, использующих или бортовой запас рабочего тела, или же забираемую воздухозаборниками (диффузорами) при полете в атмосфере воздушную среду (газ или воздух) /1, 2, 3, 4/.

Так, известен американский проект ЯРД «HERVA», включающий ядерный реактор с охлаждаемым несущим корпусом, заключенную в корпусе тепловыделяющую активную зону, органы регулирования мощности и пристыкованное к активной зоне сверхзвуковое сопло (/3/, стр.159-166, рис.8.1, 8.2; /4/, стр.125-126, рис.26, рис.27). Активная зона содержит гексагональной формы графитовые или карбид-графитовые твэлы с теплообменными каналами, стенки которых для защиты от коррозии и эрозии покрыты карбидом ниобия, и окружена боковым отражателем нейтронов (толщиной 15 см), составленным из бериллиевых блоков, смонтированных внутри цилиндрического алюминиевого корпуса, а также слоем внутренней радиационной защиты (толщиной 15 см из гидрида циркония с добавкой бора) от облучения несущей конструкции нейтронами и гамма-квантами. Твэлы фиксируются в опорной алюминиевой решетке, опирающейся на компенсирующие тепловое расширение пружины и диафрагмы. Охлаждение корпуса реактора с несущими активную зону трубами и сопла осуществляется ответвленным от основного потока рабочим телом (водородом), которое затем вместе с основным потоком направляется в твэлы активной зоны реактора. Органы регулирования мощности реактора содержат системы грубого и тонкого регулирования интенсивности нейтронного потока в активной зоне. Грубая система регулирования включает расположенные снаружи вокруг и вдоль бокового отражателя связанные с управляющими приводами поворотные цилиндры с накладками из поглощающего нейтроны материала, содержащего бор. Тонкая система регулирования состоит из установленных в несущих трубах корпуса тонкостенных (покрытых карбидом тантала) трубок, по которым прокачивается поглощающий нейтроны газ. Данный ЯРД включает работающие совместно на отводимом из каналов охлаждения конструкции реактора рабочего тела, обеспечивающие питание и охлаждение турбоагрегаты (турбонасосы, турбокомпрессоры), а также работающие на стороннем рабочем теле бортовые турбоэлектрогенераторы и управляющие двигатели (сопла). Рабочее тело (жидкий водород) из бортового криогенного бака турбонасосом под расчетными давлением и расходом подается в реакторную систему. При этом основная часть потока водорода через полость входного коллектора подается прямо в активную зону (в нагревательные каналы твэл), а другие части потока через трубные ответвления сначала направляются в каналы охлаждения корпуса реактора, отражателя и маршевого сопла, а затем в активную зону. Нагретый в активной зоне (до температуры порядка 2360°K) газовый поток направляется в сверхзвуковое сопло, откуда истекает в окружающее пространство, создавая тягу.

Основными недостатками данного ЯРД-аналога являются следующие. Прокачиваемое непосредственно через активную зону (нагревательные каналы твэл) рабочее тело подвергается интенсивному радиоактивному загрязнению. Истекающее из сопла радиоактивное рабочее тело с возможным выносом из активной зоны радиоактивных частиц материала и ядерного топлива приводит к радиоактивному заражению окружающего пространства. Это исключает возможность использования ЯРД в летательных аппаратах, предназначенных для полетов в земной атмосфере и через атмосферу с взлетом с земной поверхности. По этой причине ЯРД «HERVA» предполагается использовать только в космическом пространстве. Вместе с тем прокачиваемое под высоким давлением и нагреваемое до высокой температуры рабочее тело интенсивно размывает нагревательные каналы и разрушает твэлы. Возникающие при этом значительные (десятки атмосфер) перепады давления и термические напряжения в твэлах ускоряют разрушительные процессы. Это существенно сокращает ресурс работы двигателя и, соответственно, время активного полета. Кроме того, из-за радиоактивности высокотемпературное маршевое рабочее тело не может напрямую использоваться внутри летательного аппарата для работы обслуживающих его турбоагрегатов (турбонасосов, турбокомпрессоров и др.), а также бортовых турбоэлектрогенераторов и управляющих двигателей. Использование для этого низкотемпературного рабочего тела из системы охлаждения конструкции недостаточно эффективно, а применение стороннего рабочего тела ведет к значительному конструктивному и технологическому усложнению. Эти факторы существенно снижают эффективность работы и бортовых турбоагрегатов, и ЯРД в целом.

Наиболее близким изобретению аналогом, исключающим радиоактивное загрязнение окружающего пространства истекающим из сопла рабочим телом, является известный ядерный ракетный двигатель (ЯРД) /5/, на дальнейшее развитие и совершенствование которого и направлено настоящее изобретение.

Данный ЯРД-прототип включает ядерный реактор с охлаждаемым несущим корпусом, заключенную в корпусе окруженную отражателями нейтронов тепловыделяющую активную зону, органы регулирования мощности, пристыкованную к активной зоне реактора теплообменную камеру с радиационно-защитным днищем, через которое герметично пропущены теплопроводящие элементы (далее тепловоды), одни концевые участки которых расположены в активной зоне, а противоположные концевые участки - в теплообменной камере с образованием в сборке нагревательных каналов для прокачиваемого через них рабочего тела, и пристыкованное к теплообменной камере сверхзвуковое сопло. Рабочее тело прокачивается под высоким давлением через нагревательные каналы теплообменной камеры (а не через активную зону, как в известных аналогах), где нагревается до рабочей температуры, после чего истекает из сверхзвукового сопла, создавая тягу. При этом нагрев образующих в сборке нагревательные каналы участков тепловодов в теплообменной камере осуществляется исключительно за счет их теплопроводности (температуропроводности), что (наряду с наличием радиационно-защитного днища теплообменной камеры) полностью исключает радиоактивное заражение рабочего тела. Регулирование мощности реактора может осуществляться с помощью известных органов регулирования, в том числе как в вышеописанном аналоге или содержащими поглощающие нейтроны подвижными стержнями, вводимыми непосредственно в активную зону.

Основными недостатками ЯРД-прототипа, которые устраняются настоящим изобретением, являются следующие.

а) Недостаточно высокая температура нагрева рабочего тела в теплообменной камере, что снижает скорость его истечения из сопла, соответственно удельную тягу (удельный импульс). Ограниченность температуры нагрева рабочего тела обусловлена не очень высокими значениями коэффициентов теплопроводности и температуропроводности реально существующих материалов для тепловодов, соответственно, недостаточно высокой скоростью (темпом) и температурой нагревания (прогревания) расположенных в теплообменной камере участков тепловодов.

б) Конструкция тепловодов при этом и образуемых ими сборок с нагревательными каналами недостаточно совершенна, чтобы обеспечить необходимый интенсивный теплоотвод из активной зоны реактора и нагрев рабочего тела до высокой температуры.

в) Конструктивно не реализована имеющаяся при наличии теплообменной камеры техническая возможность радиационно-безопасного использования высокотемпературного маршевого рабочего тела в работающих совместно с ЯРД турбоагрегатах (турбонасосах, турбокомпрессорах), бортовых турбоэлектрогенераторах и управляющих двигателях (соплах). Соответствующее техническое решение может повысить эффективность работы и собственно этих турбоагрегатов и управляющих двигателей и двигательной установки летательного аппарата в целом.

С целью устранения указанных недостатков прототипа, повышения удельной тяги ЯРД (за счет увеличения температуры нагревания образующих в сборке нагревательные каналы участков тепловодов и, соответственно, температуры нагрева рабочего тела в них), а также эффективности его работы совместно с обеспечивающими питание и охлаждение рабочим телом турбоагрегатами, бортовыми турбоэлектрогенераторами и управляющими полетом двигателями (за счет повышения эффективности их работы использованием в них высокотемпературного маршевого рабочего тела) и предлагается данное изобретение.

Положительный технический результат достигается благодаря тому, что ЯРД содержит теплообменную камеру, выполненную поперечно секционированной, то есть разделенной на секции в поперечном (при, в общем случае, некруглой форме поперечного сечения теплообменной камеры) направлении, и, в частности, радиально секционированной (при круглой форме ее поперечного сечения) и состоящей из центральной и окружающих ее секций с размещенными в них сборками тепловодов с нагревательными рабочее тело каналами. При этом секции отделены друг от друга межсекционными стенками и сообщены между собой полостями с возможностью прохода рабочего тела последовательно через нагревательные каналы поочередно всех секций, с входом в нагревательные каналы одной из них и выходом из нагревательных каналов секции, снабженной выходным коллектором, к которому пристыковано сверхзвуковое маршевое сопло (или блок сопел).

В частности, ЯРД содержит теплообменную камеру, состоящую из пяти - центральной и окружающих ее трех смежных средних и внешней кольцевых секций, содержащих сборки тепловодов с нагревательными каналами, отделенных дуг от друга межсекционными стенками и сообщенных между собой щелевыми полостями с возможностью прохода рабочего тела последовательно через нагревательные каналы поочередно всех секций, с входом его через входной коллектор и щелевую полость в нагревательные каналы внешней секции и выходом из нагревательных каналов центральной секции. Для чего входная щелевая полость внешней секции отделена стенкой от щелевой полости выхода рабочего тела из нагревательных каналов смежной с ней (первой) средней секции, входы рабочего тела в нагревательные каналы которой сообщены щелевой полостью с выходом его из каналов внешней секции, выходы рабочего тела из каналов этой (первой) средней секции сообщены щелевой полостью с входом его в каналы смежной с ней другой (второй) средней секции, выходы рабочего тела из каналов которой сообщены щелевой полостью с входом его в каналы смежной с ней следующей (третьей) средней секции, выходы рабочего тела из каналов которой сообщены щелевой полостью с входом его в нагревательные каналы центральной секции, снабженной выходным коллектором с пристыкованным к нему сверхзвуковым соплом.

Такая секционированная конструкция теплообменной камеры дает возможность сократить длину образующих нагревательные каналы концевых участков тепловодов в каждой ее секции при неизменности (или даже увеличении) суммарной их длины и, соответственно, общей длины нагревательных каналов. И за счет этого увеличить скорость (темп) нагревания (прогревания) этих участков тепловодов до более высокой температуры и тем самым повысить температуру нагрева рабочего тела в нагревательных каналах.

Аналогичным образом с целью нагрева рабочего тела до еще более высокой температуры и за счет этого увеличения удельной тяги теплообменная камера может состоять из еще большего количества секций.

При этом с целью повышения эффективности и температуры нагрева рабочего тела теплообменная камера может быть выполнена состоящей из секций, содержащих сборки с разным количеством различных по форме и длине тепловодов и образующих ими нагревательных каналов, а также имеющих разную пористость по твердому материалу и по рабочему телу. Такая комбинированная конструкция секций теплообменной камеры дает возможность оптимизировать теплообменный процесс для достижения максимального КПД. Оптимальный вариант комбинированной конструкции определяется термодинамическим расчетом.

С целью снижения рассеяния тепловой энергии тепловоды установлены в радиационно-защитном днище теплообменной камеры с помощью теплоизолирующих втулок, выполненных из тугоплавкого материала с максимально низкой теплопроводностью.

С целью повышения эффективности и температуры нагревания тепловодов при улучшении радиационной защиты рабочего тела тепловоды установлены в днище корпуса активной зоны с помощью втулок с гексагональными буртами из замедляющего нейтроны материала, уложенными в плотной упаковке на выполненном из отражающего нейтроны материала днище корпуса активной зоны с возможностью образования совместно с ним торцевого замедляющего отражателя. А радиационно-защитное днище теплообменной камеры при этом выполнено в виде контейнера, заполненного поглотителем нейтронов и гамма-излучением (например, гидридом циркония с добавкой бора).

При всем при этом тепловоды могут быть выполнены состоящими из высокотеплопроводящего, в том числе плавящегося сердечника, заключенного в термопрочную эрозионно-стойкую герметичную оболочку (капсулу). Например, плавящийся алюминиевый (Тпл=630 K) или медный (Тпл=1300°K) сердечник может быть заключен в герметичную стальную, циркониевую или вольфрамовую капсулу. Такая конструкция тепловодов позволит использовать высокотеплопроводные, но не достаточно тугоплавкие и не совсем совместимые по физико-химическим и механическим свойствам (характеристикам) с ядерным горючим в активной зоне и с рабочим телом материалы (эрозионно не стойкие, хрупкие, пластичные, химически активные и т.д.).

В перспективном варианте тепловоды могут быть выполнены состоящими из сердечника в виде плотного жгута из графеновых пластин, трубок или нитей (волокон), заключенного в тугоплавкую, например вольфрамовую, цирконниобиевую или какую другую защитную оболочку. Предполагается, что теплопроводность графена во много раз выше, чем у меди и достигает порядка 5000 Вт/град.

Вместе с тем использование секционированной теплообменной камеры дает возможность повысить эффективность ЯРД при совместной с обеспечивающими питание и охлаждение рабочим телом бортовыми турбоагрегатами (турбонасосами, турбокомпрессорами) и турбоэлектрогенераторами, а также с управляющими двигателями.

Для повышения эффективности работы ЯРД совместно с его турбоагрегатами и бортовыми турбоэлектрогенераторами входы в их турбины подключены к выходному коллектору центральной секции теплообменной камеры с возможностью регулируемого отбора рабочего тела, а выходы из их турбин подключены к входному коллектору внешней секции теплообменной камеры. Положительный результат достигается непосредственным использованием в этих турбоагрегатах основного (маршевого) высокотемпературного рабочего тела, причем без его потери, благодаря чему повышается эффективность их работы, а за счет этого эффективность обеспечения питанием и охлаждения ЯРД рабочим телом его общий (термодинамический) КПД.

При этом с целью повышения эффективности работы совместно с ЯРД управляющих двигателей и эффективности работы их самих их реактивные сопла подключены к выходному коллектору центральной секции теплообменной камеры с возможностью регулируемого отбора высокотемпературного маршевого рабочего тела. Этим повышается эффективность управления полетом.

При всем при этом с целью сохранения работоспособности бортовых турбоагрегатов, турбоэлектрогенераторов и управляющих двигателей при выключенном из работы маршевом сопле (например, при пассивном орбитальном полете) в полости выходного коллектора центральной секции теплообменной камеры перед входом в полость маршевого сопла установлено запорное устройство, связанное с управляющими приводами с возможностью перекрывания входа рабочего тела в полость маршевого сопла, причем с одновременным открыванием прохода рабочего тела из центральной секции теплообменной камеры в полость смежной с ней секции. И с возможностью открывания прохода рабочего тела в полость маршевого сопла с одновременным закрыванием прохода из центральной секции в полость этой смежной секции.

В частности, запорное устройство состоит из двух расположенных в образованной плоскими стенками выходного коллектора центральной секции теплообменной камеры полости, снабженных вертикальными буртами подвижных заслонок, установленных на общих продольных направляющих и связанных с управляющими приводами с возможностью при их (заслонок) взаимном сдвигании плотного смыкания их буртов с образованием единой, перекрывающей проход в полость маршевого сопла стенки. И с одновременным открыванием прохода рабочего тела в полость секции, смежной с центральной секцией, а также с возможностью при взаимном раздвигании заслонок открывания прохода рабочего тела в полость маршевого сопла с одновременным закрыванием прохода в полость вышеупомянутой секции теплообменной камеры.

Одновременно такое запорное устройство может быть использовано для регулирования тяги за счет управляемого взаимного перемещения заслонок и перепуска части расхода рабочего тела обратно в теплообменную камеру.

Управляющие приводы запорного устройства могут быть выполнены в виде пары винтовых электродвигателей, установленных с противоположных сторон на корпусе теплообменной камеры и содержащих неподвижные корпуса-статоры и подвижные винтовые штоки-роторы, герметично пропущенные через стенку корпуса теплообменной камеры и связанные с заслонками с возможностью их взаимосогласованного регулируемого возвратно-поступательного перемещения по общим направляющим.

В своей совокупности эти технические решения повышают эффективность ЯРД, в том числе при совместной работе с входящими в его состав турбоагрегатами, турбоэлектрогенераторами и управляющими двигателями.

Изобретение поясняется на следующих чертежах.

На фиг.1 показана конструкции описываемого ЯРД с секционированной теплообменной камерой, состоящей из пяти секций.

На фиг.2 показана конструктивно-гидравлическая схема пятисекционной теплообменной камеры.

На фиг.3 показаны варианты конструкции тепловодов и их установки в корпусе активной зоны реактора и в радиационно-защитном днище теплообменной камеры.

На фиг.4 показана общая гидравлическая схема ЯРД при совместной работе с турбоагрегатами, турбоэлектрогенераторами и управляющими двигателями.

На фиг.5 показана конструкция запорного устройства для маршевого сопла.

Описываемый ядерный ракетный двигатель (ЯРД) включает ядерный реактор 1, содержащий охлаждаемый несущий корпус 2, заключенную в герметичном корпусе 3 тепловыделяющую активную зону 4 с ядерным топливом (горючим), окруженную отражателем нейтронов 5 и внутренней радиационной защитой 6, органы регулирования мощности тепловыделения в виде связанных с управляющими приводами 7 подвижных кольцевых элементов 8 с поглощающими нейтроны стержнями 9, а также теплообменную камеру 10 с охлаждаемым прочным корпусом 11, пристыкованную к реактору 1 радиационно-защитным днищем 12, через которое герметично пропущены теплопроводящие элементы (тепловоды) 13, и пристыкованное к теплообменной камере 11 маршевое сверхзвуковое сопло 14 (или блок сопел) (фиг.1).

Выполненные с развитой теплообменной поверхностью концевые участки 15 тепловодов 13, образующие в сборках 16 нагревательные каналы 17, через которые прокачивается рабочее тело, расположены в корпусе 11 теплообменной камеры 10 (см. фиг.1, сечение по А-А). А противоположные участки 18 тепловодов 13 расположены в активной зоне 4 реактора 1 (см. фиг.1, сечение по Б-Б) (Здесь и далее на чертежах различные сборки тепловодов и нагревательные каналы независимо от их вида обозначены едиными позициями, соответственно, 16 и 17).

Реактор 1 ЯРД с теплообменной камерой 10 в общем случае может быть любого типа (на тепловых, быстрых или промежуточных нейтронах) с любым видом активной зоны (твердой, жидкообразной, газообразной). В качестве типового примера рассматривается высокотемпературный реактор 1 с твердой активной зоной 4. Твердая активная зона 4 реактора 1 может состоять, например, из насыпной массы (в виде гранул, капсул, порошка и т.д.) ядерного топлива (горючего), заключенного в герметичный тугоплавкий и термопрочный корпус 3, и окружена (если речь идет о реакторе на тепловым нейтронах) бериллиевым (например, в виде блоков) отражателем 5 и слоем 6 (например, из гидрида циркония с добавкой бора) радиационной защиты конструкции реактора от облучения нейтронами и гамма квантами. В другом варианте активная зона может быть образована исключительно совокупностью расположенных в ее корпусе участков 18, состоящих или полностью из ядерного горючего, например карбида урана, или пропитанных ядерным горючим. Возможна комбинированная конструкция, когда пропитанные ядерным горючим концевые участки 18 тепловодов 13 засыпаны порошкообразным ядерным топливом или находятся в его газообразной (или пылевидной) среде. Отражатель 5 и внутренняя защита 6 могут быть заключены в собственные тугоплавкие корпуса (на чертеже не показано).

Поглощающие нейтроны стержни 9 кольцевых решеток 8 органов регулирования установлены с зазором и с возможностью перемещения в каналах «колбообразных» патрубков 19, установленных в радиационно-защитном экране 20 и пропущенных через корпус 3 активной зоны 4. Одни концевые участки патрубок выполнены с закрытыми концами и размещены в активной зоне 4, а противоположные с открытыми концами закреплены вне ее корпуса за экраном 20. Органы регулирования могут быть размещены в отдельном защитном охлаждаемом корпусе 21 и иметь или собственную, или совместную с реактором систему охлаждения. Регулирование мощности реактора с помощью поглощающих стержней 9 осуществляется известным способом. Управляющие взаимосогласованным перемещением решеток 8 с поглощающими стержнями 9 приводы 7 известной конструкции могут располагаться вне корпуса 21 в защитном кожухе. 22 и 23 - рубашки с общим каналом 24 охлаждения корпусов реактора и теплообменной камеры. 25 - подводящий рабочее тело трубопровод с ответвлениями для охлаждения корпусов реактора, теплообменной камеры и органов регулирования.

Теплообменная камера 10 дает возможность исключить из активной зоны 4 рабочее тело и создаваемое им в ее корпусе 3 высокое давление. А также устранить из активной зоны связанные с прокачкой через нее рабочего тела конструкционные элементы, ухудшающие ее нейтронно-физические свойства, и тем самым повысить ее качество, уменьшить критическую загрузку ядерным топливом, вес и размеры реактора, ЯРД в целом и эффективность его рабаты. Вместе с тем создается возможность существенно и безопасно увеличить рабочее давление рабочего тела, прокачиваемого через теплообменную камеру 10, которая не содержит ядерного топлива и не имеет никаких ограничений по сравнению с активной зоной. При этом в теплообменной камере 10 может использоваться практически любое рабочее тело с любыми физико-химическими и механическими свойствами, скорость прокачки которого через нагревательные каналы 17 сборок 16 тепловодов 13 может ограничиваться только эрозионной стойкостью последних. В общем случае форма теплообменной камеры 10 (как и активной зоны 4 реактора) может быть любой, в частности цилиндрической с круглым поперечным сечением (фиг.1, сечение по А-А). Радиационно-защитное днище 12 теплообменной камеры 10 помимо удерживания в рабочем положении тепловодов 13 предназначено для надежной защиты рабочего тела от облучения нейтронами и гамма-квантами со стороны активной зоны и одновременно может служить торцевым (в том числе замедляющим при работе на тепловых нейтронах) отражателем. Для снижения термических напряжений радиационно-защитное днище 12 может быть выполнено в виде герметичного контейнера с термостойкими стенками 26 и 27, плотно заполненного порошкообразным материалом (веществом) 28, хорошо отражающим и замедляющим нейтроны, например, порошкообразным или пылевидным графитом (см. Фиг.1, фрагменты а) и б)). При этом примыкающая к активной зоне 4 стенка 26 может быть выполнена из хорошо отражающего нейтроны материала, например циркон - бериллиевого сплава, а примыкающая к теплообменной камере 10 стенка 27 - из материала, активно поглощающего нейтроны. Возможна и иная многослойная комбинированная конструкция.

Тепловоды 13, герметично пропущенные через радиационно-защитное днище 12, хвостовиками 29 установлены с возможностью компенсации температурного расширения в прочной опорной решетке 30 с каналами (окнами) 31 для свободного прохода через них рабочего тела (Фиг.1 а, б). Назначение тепловодов 13 состоит в осуществлении исключительно за счет теплопроводности их материала теплоотвода из активной зоны 4 и теплопередачи (за счет конвективного теплообмена) рабочему телу в образуемых их теплообменными поверхностями в сборках 16 нагревательных каналах 17.

Для обеспечения теплоотвода из высокотемпературной активной зоны 4 тепловоды 13 должны быть выполнены из тугоплавкого и термопрочного материала, обладающего вместе с тем достаточно высокой теплопроводностью и температуропроводностью. При этом размещенные в активной зоне 4 и постоянно находящиеся непосредственно в массе ядерного топлива концевые участки 18 тепловодов должны быть выполнены из тугоплавкого материала, не ухудшающего нейтронно-физические свойства активной зоны. В числе таких материалов могут быть, например: пиролитический графит (температура сублимации 4000°K), тантал (Тпл=3260°K), молибден (Тпл=2860°K), ниобий (Тпл=2750°K), цирконий (Тпл=2123°K), их карбиды и сплавы /6/.

Размещенные в теплообменной камере 10 и образующие в сборке нагревательные каналы 17 участки 15 тепловодов должны иметь достаточно развитые теплообменные поверхности и быть совместимыми по физико-химическим и механическим свойствам с прокачиваемым рабочим телом. При этом участки 15 тепловодов могут иметь разную конфигурацию и образовывать в сборках 16 различные по форме нагревательные каналы 17. Например, они могут быть выполнены с разным числом продольных ребер, например трехреберными (фиг.1а)), двух или однопластинчатыми (в сечении, как плоскими, так и изогнутыми (фиг.16), а также любой другой формы, с образованием в сборках, соответствующей формы нагревательных каналов. В частности, на фиг.1 в сечении по А-А показаны (общей позицией 16) варианты сборок, в которой выполненные с тремя продольными ребрами (фиг.1, фрагмент а)) участки 15 тепловодов образуют в сборке 16 треугольной формы нагревательные каналы 17, а выполненные пластинчатыми (фиг.1, фрагмент б)) образуют в сборке 16 щелевые каналы 17.

При всем при этом участки тепловодов 13, расположенные в активной зоне 4 и в теплообменной камере 10, могут быть выполнены как из одного, так и из разного материала. Причем расположенные в активной зоне участки 18 могут сами быть тепловыделяющими, например, за счет включения (диспергирования) в основной материал ядерного горючего, в частности карбида урана (UC), или полностью состоять из делящегося материала.

Интенсивность теплоотвода из активной зоны реактора и эффективность (температура и скорость (темп)) нагревания образующих нагревательные каналы 17 участков 15 тепловодов и, соответственно, температура нагрева рабочего тела в теплообменной камере 10 определяются прежде всего теплопроводностью материала тепловодов.

Вместе с тем согласно известной формулы Q=k.(TTS-Tag).S/d (где k - коэффициент теплопроводности, Tst и Tag соответственно температура стенки и газа) мощность (Q) переноса тепла теплопроводностью зависит также от толщины стенки (d) (в нашем случае длины тепловода) и ее площади (S) (в нашем случае площади поперечного сечения тепловода) То есть для увеличения мощности передаваемого теплопроводностью теплового потока необходимо увеличивать поперечное сечение тепловодна и уменьшать его длину. От этих параметров, а также формы и свойств материала тепловодов, его плотности (p) и теплоемкости (Cp), определяющих температуропроводность (f=k/p/Cp), зависит скорость (темп) и температура нагревания участков 15 тепловодов, соответственно интенсивность теплопередачи рабочему телу.

Исходя из этого с целью повышения эффективности (температуры и скорости) нагревания участков 15 тепловодов 13 и, соответственно, повышения температуры нагрева рабочего тела в нагревательных каналах 17 реактор ЯРД содержит теплообменную камеру 10, выполненную поперечно секционированной, т.е. разделенной на отдельные секции в поперечном (при, в общем случае, некруглой форме ее поперечного сечения) направлении, или радиально (при круглой форме ее поперечного сечения) секционированной, т.е. разделенной на отдельные секции в радиальном направлении. При том секции отделены друг от друга межсекционными стенками и сообщены между собой общими полостями с возможностью прохода рабочего тела последовательно через нагревательные каналы поочередно всех секций, с входом в нагревательные каналы одной из них и выходом из нагревательных каналов секции, снабженной выходным коллектором, к которому пристыковано сверхзвуковое сопло 14 (фиг.1).

В частности (см. фиг.1 сечение по. А-А и фиг.2), ЯРД содержит теплообменную камеру 10, состоящую из пяти - центральной 32 и окружающих ее трех смежных средних 33,34 и 35 и внешней 36 кольцевых секций, содержащих сборки 16 тепловодов с нагревательными каналами 17, отделенных дуг от друга межсекционными стенками, соответственно 37,38,39 и 40, и сообщенных между собой щелевыми полостями с возможностью прохода рабочего тела последовательно через нагревательные каналы 17 поочередно всех секций, с входом (стрелка 41) его через входной коллектор 42 и щелевую полость 43 в нагревательные каналы внешней секции 36 и выходом(стрелки 44) из нагревательных каналов центральной секции 32, снабженной выходным коллектором 45 с пристыкованным к нему сверхзвуковым соплом 14. Для чего (см фиг.2) входная щелевая полость 43 внешней секции 36 отделена стенкой 40 от смежной с ней средней секции 35, входы (стрелка 46) рабочего тела в нагревательные каналы которой сообщены щелевой полостью 47 с выходом его из каналов внешней секции 36, выходы (стрелка 48) рабочего тела из каналов этой средней секции 35 сообщены щелевой полостью 49 с входом его в каналы смежной с ней другой средней секции 34, выходы(стрелка 50) рабочего тела из каналов которой сообщены щелевой полостью 51 с входом его в каналы смежной с ней следующей средней секции 33, выходы (стрелка 52) рабочего тела из каналов которой сообщены щелевой полостью 53 с входом его в нагревательные каналы центральной секции 32. При этом повышение температуры рабочего тела, входящего в каждую последующую секцию теплообменной камеры, происходит за счет теплообмена с нагретыми до более высокой, чем в предыдущей секции, температуры участками 15 тепловодов 13,

Аналогичным образом с целью дальнейшего увеличения температуры нагрева рабочего тела теплообменная камера может быть выполнена состоящей из большего количества секций.

Описанная секционированная конструкция теплообменной камеры 10 дает возможность сократить длину расположенных в ней концевых участков 15 тепловодов 13 и за счет этого повысить темп (скорость) и температуру их нагрева (прогрева), и одновременно с этим увеличить (пропорционально числу секций) общую (суммарную) длину нагревательных каналов 17, и, в конечном счете, повысить температуру нагрева рабочего тела. Чем больше секций, тем до более высокой (при прочих равных условиях) температуры можно нагреть теплоноситель.

Независимо от конкретной конструкции тепловоды 13 герметично установлены в днище корпуса 3 активной зоны 4 и радиационно-защитном днище 12 теплообменной камеры 10 таким образом, чтобы обеспечить эффективный нагрев концевых участков тепловадов 14 и, соответственно, рабочего тела в каналах 17 до максимально возможной в данных термодинамических условиях температуры.

Для нагрева рабочего тела до максимально высокой температуры теплообменная камера 10 может быть выполнена состоящей из секций 16, содержащих сборки с разным количеством различных по форме, по длине тепловодов 13 и нагревательных каналов 17, а также с разной пористостью по теплоносителю. Причем суммарные площади проходных сечений в разных секциях 16 и, соответственно, значения пористостей по твердому материалу и по теплоносителю могут быть различными.

На. фиг.1 в сечении по А-А показан возможные варианты комбинированной конструкции секций 16 теплообменной камеры 10. В частности, центральная секция 32 содержит сборку, состоящую из трехреберных тепловодов 13, образующих в сборке треугольной формы нагревательные каналы 17, а окружающие ее кольцевые средние и внешняя секции содержат сборки, состоящие из установленных по-разному пластинчатых тепловодов 13. Такая комбинированность секций теплообменной камеры дает возможность оптимизировать процесс теплопередачи для достижения максимального термодинамического КПД теплообменной камеры. Оптимальный вариант комбинированной конструкции определяется термодинамическим расчетом.

Для снижения рассеяния тепловой энергии тепловоды 13 могут быть установлены в радиационно-защитном днище 12 с помощью теплоизолирующих втулок, 54, выполненных из тугоплавкого материала с максимально низкой теплопроводностью (фиг.3a).

Далеко не все тугоплавкие и эрозионно-стойкую материалы обладают необходимой теплопроводностью и температуропроводностью. Поэтому тепловоды 13 могут быть выполнены состоящими из высоко теплопроводного (и температуропроводного), в том числе плавящегося сердечника 55, заключенного в термопрочную эрозионно-стойкую герметичную оболочку (капсулу) 56 (фиг.3б). Например, плавящийся алюминиевый (Тпл=630°K) или медный (Тпл=1300°K) сердечник 55 может быть заключен в герметичную стальную, циркониевую или вольфрамовую капсулу 56. Такая конструкция тепловодов позволит также использовать высокотеплопроводные, но не достаточно совместимые по физико-химическим и механическим свойствам (характеристикам) с теплоносителем материалы (эрозионное не стойкие, хрупкие, химически взаимодействующие с теплоносителем). Например, сердечник 55 может состоять из графита, а защитная оболочка 56 - из вольфрама, карбидов циркония, ниобия, их сплавов.

В перспективном варианте тепловоды 13 могут быть выполнены состоящими из сердечника, выполненного в виде плотного жгута 57 из графеновых пластин, трубок или нитей (волокон), заключенного в тугоплавкую, например вольфрамовую, цирконниобиевую или какую другую оболочку 58 (фиг.3в). Предполагается, что теплопроводность графена более чем в десять раз выше, чем у меди. В перспективе тепловоды 13 могут быть выполнены целиком из графена, что позволит нагревать рабочее тело в теплообменной камере 11 до более высокой температуры.

Для повышения эффективности (скорости и температуры) нагревания тепловоды 13 могут быть установлены с помощью втулок с гексагональными буртами 59 из замедляющего нейтроны материала. Гексагональные бурты 59, уложенные в плотной упаковке в виде сплошного слоя 60 на днище 61 корпуса 3 активной зоны 4, с возможностью образования совместно с ним торцевого замедляющего отражателя нейтронов (фиг.3в). Создаваемый слоем 60 локальный всплеск нейтронного потока и повышение тепловыделения ускоряет нагревание концевых участков 18 тепловодов 13. (фиг.3д). При этом радиационно-защитное днище 12 теплообменной камеры 10 может быть выполнено в виде контейнера, заполненного поглотителем нейтронов и гамма-излучением.

Эффективность работы ЯРД непосредственным образом зависит от эффективности функционирования входящих в его состав и обеспечивающих питание и охлаждение рабочим телом корпусов реактора 1, теплообменной камеры 10, сопла 14 и органов регулирования 7 турбоагрегатов (турбокомпрессоров 62, турбонасосов 63, а также бортовых турбоэлектрогенераторов 64 и управляющих двигателей 65 (фиг.1, 4)). На фиг.4 показана общая схема гидравлических взаимосвязей этих устройств в ЯРД. На схеме обозначены:

66 - установленные на (в) фюзеляже летательного аппарата диффузоры, забирающие при полете в атмосфере служащую рабочим телом атмосферную среду, направляемую турбокомпрессором 62 по трубопроводу 25 во входной коллектор 42 теплообменной камеры 10 (показано стрелками). Атмосферная, газовая или воздушная среда используется при полете в атмосфере (Земли или какой другой планеты, например Марса).

67 - бортовой (криогенный) бак с жидким или сжиженным рабочим телом (например, с, сжиженными водородом, воздухом, водой, или какой другой средой), направляемым питающим турбонасосом 63 по криогенному трубопроводу 68 (на фиг.1, 2 не показан) во входной коллектор 42 теплообменной камеры 10 (показано стрелками). Этот бортовой запас рабочего тела используется при полете в безвоздушном и космическом пространстве. При этом через ответвления (обозначены общей позицией 69) от основных питательных трубопроводов 25 и 68 часть основного потока рабочего тела (забираемой диффузорами 66 атмосферной среды и (или) рабочего тела из бортовых баков 67) сначала направляется (показано стрелками) на охлаждение корпусов реактора 1 и теплообменной камеры 10, органов регулирования 7 и сопла 14, а затем поступает (стрелки 70) на нагрев в теплообменную камеру. 10.

71 - условно обозначены автоматические запорные, перепускные, регулирующие клапаны и прочая применяемая в ракетно-космической технике арматура.

Использование секционированной теплообменной камеры дает возможность повысить эффективность ЯРД совместно с обеспечивающими его работу бортовыми турбоагрегатами и турбоэлектрогенераторами, а также с управляющими двигателями.

Для повышения эффективности работы ЯРД совместно с бортовыми турбоагрегатами 62 и 63, а также с турбоэлектрогенераторами 64 входы в их турбины 72, 73 и 74 соответственно, подключены трубопроводом 75 к выходному коллектору 45 центральной секции 32 теплообменной камеры 10 с возможностью регулируемого отбора рабочего тела, а выходы из этих турбин трубопроводами 76 77 подключены к входному коллектору 42 внешней секции 36 теплообменной камеры 10 (направление движения рабочего тела на схеме показано стрелками). Этим полностью исключаются потери рабочего тела А для повышения эффективности работы управляющих двигателей 65, последние подключены трубопроводом 78 к выходному коллектору 45 центральной секции 36 теплообменной камеры с возможностью регулируемого отбора из него рабочего тела. Этими техническими решениями достигается повышение эффективности (термодинамического КПД) самих этих устройств (за счет использования высокотемпературного маршевого рабочего тела при полном исключении необходимости в использовании для их работы стороннего рабочего тела), повышение эффективности питания ЯРД рабочим телом и охлаждения корпусов его реактора, теплообменной камеры и сопла, а также управления, и, в конечном счете, - повышение эффективности работы ЯРД в целом.

При всем при этом с целью сохранения работоспособности бортовых турбоагрегатов, турбоэлектрогенераторов 64 и управляющих двигателей 65 при выключенном из работы маршевом сопле 14 (например, при пассивном орбитальном полете) в полости выходного коллектора 45 центральной секции 32 теплообменной камеры 10 перед входом в полость 79 маршевого сопла 14 установлено запорное устройство 80, связанное с управляющими приводами 81 и 82 с возможностью перекрывания входа рабочего тела в полость 79 маршевого сопла 14. Причем с одновременным открыванием прохода рабочего тела из полости центральной секции 32 теплообменной камеры 10 в полость смежной с ней секции 33. И с возможностью открывания прохода рабочего тела в полость 79 маршевого сопла 14 с одновременным закрыванием прохода из полости центральной секции 32 в полость этой смежной секции 33 (фиг.5).

В частности, запорное устройство 80 (фиг.5а, б) содержит две, расположенные в образованной плоскими стенками 81 и 82 выходного коллектора 45 центральной секции 32 теплообменной камеры 10 полости 83 снабженных вертикальными буртами 84 и 85 подвижные заслонки 86 и 87. Эти заслонки установлены на общих продольных направляющих 88 и связаны с управляющими приводами 81 и 82 с возможностью при их взаимном сдвигании (стрелки на фиг.5а) плотного смыкания их буртов 84 и 85 с образованием сплошной стенки, перекрывающей проход в полость 79 маршевого сопла 14, и с одновременным при этом открыванием прохода рабочего тела в полость секции 33, смежной с центральной секцией 32. А также с возможностью при взаимном раздвигании (стрелки на фиг.5б) заслонок 86 и 87 открывания прохода в полость 79 маршевого сопла 14 с одновременным закрыванием (за счет накладки изнутри на плоские стенки 81 и 82 вышеупомянутой полости 83 буртов 84 и 85 заслонок 86 и 87) прохода в полость секции 33.

Одновременно такое запорное устройство может быть использовано для регулирования тяги за счет перепуска части расхода рабочего тела обратно в теплообменную камеру 10. Применительно к ЯРД преимущество такого способа регулирования тяги по сравнению с насосным может состоять в том, что не надо изменять мощность тепловыделения в активной зоне реактора.

Управляющие приводы 81 и 82 запорного устройства могут быть выполнены, в частности, в виде пары винтовых электродвигателей, установленных с противоположных сторон на корпусе 11 теплообменной камеры 10 и содержащих закрепленные неподвижно на этом корпусе статоры и подвижные винтовые роторы, связанные с заслонками 86 и 87, герметично пропущенными через стенку 11 корпуса теплообменной камеры 10 штоками 89 и 90 с возможностью их взаимосогласованного регулируемого возвратно-поступательного перемещения. На выделенном фрагменте (фиг.1в) показан образованный в стенках 81 и 82 щелевой проход 91, через который осуществляется перепуск рабочего тела из коллектора 45 центральной секции 32 в смежную с ней среднюю секцию 33 при закрытии заслонками 86 и 87 полости 89 маршевого сопла 14.

Таким образом, особенность описываемого ЯРД с теплообменной камерой состоит в том, что теплоотвод из активной зоны и нагрев рабочего тела осуществляются исключительно за счет теплопередачи теплопроводностью от нагреваемых в активной зоне концевых участков тепловодов к охлаждаемым за счет теплоотдачи рабочему телу противоположным, их участкам, образующим нагревательные каналы и расположенным в теплообменной камере,

Благодаря этому, а также наличием у теплообменной камеры радиационно-защитного днища исключается радиационное облучение рабочего тела и вынос радиоактивных продуктов из активной зоны реактора, соответственно, радиоактивное загрязнение оборудования и окружающей среды, чем обеспечивается радиационная безопасность ЯРД при полетах в земной атмосфере и через атмосферу со стартом с земной поверхности.

Выполнение ЯРД с теплообменной камерой полностью освобождает активную зону его реактора от рабочего тела и связанных с его присутствием в ней конструкций и устраняет внутреннее давление в корпусе реактора. Этим снижается металлоемкость и габариты, реактора ЯРД и повышаются его эффективность (термодинамический КПД), надежность и безопасность работы.

Освобожденная от рабочего тела и связанных с ним конструкционных элементов активная зона приобретает более высокое нейтронно-физическое качество и может содержать ядерное топливо практически в любом виде и состоянии (твердом, жидком, расплавленном, газообразном), что при существенном упрощении конструкции повышает технические и технологические характеристики реактора и ЯРД в целом. Причем в самой теплообменной камере, не имеющей ядерного топлива, может создаваться практически любое высокое давление рабочего тела, за счет чего повышаться эффективность работы ЯРД. При этом к рабочему телу не предъявляются практически никакие особые требования ни по качеству, ни по нейтронно-физическим характеристикам, ни по химическим и механическим свойствам, чем расширяется контингент пригодных для использования в ЯРД рабочих тел

При всем при этом благодаря описанной секционированности теплообменной камеры комбинированной конструкции ее секций и тепловодов достигается повышение эффективности и температуры нагрева рабочего тела, соответственно, повышение удельной тяги ЯРД. А возможностью непосредственного использования

высокотемпературного основного (маршевого) рабочего тела в бортовых турбоагрегатах, турбоэлектрогенераторах и управляющих двигателях с сохранением их работоспособности при отключенном маршевом сопле достигается повышение эффективности работы и их самих, и ЯРД, как двигательной установки в целом.

Источники информации:

/1/. Р.Бассард, Р.ДЕ Лауэр. Ядерные двигатели для самолетов и ракет. Пер. с английского под ред. О.Н.Фаворского. М. 1967.

/2/. Р.Бассард, Р.ДЕ Лауэр. Ракета с атомным двигателем. Пер. с английского под ред. В.А.Кириллина и др. ИЛ. М. 1960.

/3/ В.А.Кузнецов. Ядерные реакторы космических энергетических установок. М.: Атомиздат, 1977.

/4/ К.А.Гильзин. Электрические межпланетные корабли. М.: Изд. «Наука», 1970

/5/ Патент РФ №МПК F03Н 99/00, 2009 г. - прототип.

/6/ В.С.Чиркин. Теплофизические свойства материалов ядерной техники. М.: Атомиздат, 1968.

1. Ядерный ракетный двигатель, включающий ядерный реактор с охлаждаемым несущим корпусом, заключенную в корпусе окруженную отражателями нейтронов тепловыделяющую активную зону, органы регулирования мощности, теплообменную камеру с радиационно-защитным днищем, через которое герметично пропущены теплопроводящие элементы (тепловоды), одни концевые участки которых расположены в активной зоне, а противоположные - в теплообменной камере с образованием в сборке нагревательных каналов для прокачиваемого через них рабочего тела и пристыкованное к теплообменной камере сверхзвуковое сопло или блок сопел, а также обеспечивающие работу турбоагрегаты, турбоэлектрогенераторы и управляющие двигатели, отличающийся тем, что с целью повышения удельной тяги и эффективности работы за счет увеличения температуры рабочего тела содержит теплообменную камеру, выполненную секционированной, состоящей из центральной и окружающих ее секций со сборками тепловодов с нагревательными рабочее тело каналами, отделенных друг от друга межсекционными стенками и сообщенных между собой полостями с возможностью последовательного прохода рабочего тела через нагревательные каналы поочередно всех секций, с входом его в нагревательные каналы одной из них и выходом из нагревательных каналов секции, снабженной пристыкованным к ней сверхзвуковым соплом или блоком сопел.

2. Ядерный ракетный двигатель по п.1, отличающийся тем, что содержит радиально секционированную теплообменную камеру, состоящую из пяти - центральной и окружающих ее трех смежных средних и внешней кольцевых секций, содержащих сборки тепловодов с нагревательными каналами, отделенных друг от друга межсекционными стенками и сообщенных между собой щелевыми полостями с возможностью прохода рабочего тела последовательно через нагревательные каналы поочередно всех секций, с входом его через входной коллектор и щелевую полость в нагревательные каналы внешней секции и выходом из нагревательных каналов центральной секции, для чего входная щелевая полость внешней секции отделена стенкой от щелевой полости выхода рабочего тела из нагревательных каналов смежной с ней средней секции, входы рабочего тела в нагревательные каналы которой сообщены щелевой полостью с выходом его из каналов внешней секции, выходы рабочего тела из каналов этой средней секции сообщены щелевой полостью с входом его в каналы смежной с ней другой средней секции, выходы рабочего тела из каналов которой сообщены щелевой полостью с входом его в каналы смежной с этой следующей средней секции, выходы рабочего тела из каналов которой сообщены щелевой полостью с входом его в нагревательные каналы центральной секции, снабженной выходным коллектором с пристыкованным к нему сверхзвуковым соплом.

3. Ядерный ракетный двигатель по пп.1, 2, отличающийся тем, что содержит теплообменную камеру с секциями, состоящими из сборок с разным количеством различных по форме и по длине тепловодов и нагревательных каналов, а также с разной пористостью по твердому материалу и по рабочему телу.

4. Ядерный ракетный двигатель по пп.1, 2, отличающийся тем, что тепловоды установлены в радиационно-защитном днище теплообменной камеры с помощью теплоизолирующих втулок.

5. Ядерный ракетный двигатель пп.1, 2, отличающийся тем, что тепловоды установлены с помощью втулок с гексагональными буртами из замедляющего нейтроны материала, уложенными в плотной упаковке на выполненном из отражающего нейтроны материала днище корпуса активной зоны с возможностью образования совместно с ним торцевого замедляющего отражателя, а радиационно-защитное днище теплообменной камеры при этом выполнено в виде контейнера, заполненного поглотителем нейтронов и гамма-излучением.

6. Ядерный ракетный двигатель пп.1, 2, отличающийся тем, что тепловоды выполнены состоящими из высоко теплопроводящего сердечника, в том числе правящегося, заключенного в термопрочную герметичную оболочку.

7. Ядерный ракетный двигатель пп.1, 2, отличающиеся тем, что тепловоды выполнены состоящими из сердечника в виде плотного жгута из графеновых пластин, трубок или нитей (волокон), заключенного в термопрочную защитную оболочку.

8. Ядерный ракетный двигатель по пп.1, 2, отличающийся тем, что с целью эффективности работы совместно с турбоагрегатами и турбоэлектрогенераторами входы в турбины последних подключены трубопроводами к выходному коллектору центральной секции теплообменной камеры с возможностью регулируемого отбора рабочего тела, а выходы из турбин подключены трубопроводами к входному коллектору ее внешней секции.

9. Ядерный ракетный двигатель по пп.1, 2, отличающийся тем, что с целью эффективности работы совместно с управляющими двигателями последние подключены трубопроводами к выходному коллектору центральной секции теплообменной камеры с возможностью регулируемого отбора рабочего тела.

10. Ядерный ракетный двигатель по п.1, отличающийся тем, что с целью сохранения работоспособности обеспечивающих работу турбоагрегатов, турбоэлектрогенераторов и управляющих двигателей при отключенном маршевом сопле в полости выходного коллектора центральной секции теплообменной камеры перед входом в полость маршевого сопла установлено запорное устройство, связанное с управляющими приводами с возможностью перекрывания входа рабочего тела в полость маршевого сопла, причем с одновременным открыванием прохода рабочего тела в полость секции, смежной с центральной секцией теплообменной камеры, и с возможностью открывания прохода рабочего тела в полость маршевого сопла с одновременным закрыванием прохода в полость этой смежной секции.

11. Запорное устройство по п.10, отличающееся тем, что выполнено состоящим из двух расположенных в образованной плоскими стенками выходного коллектора центральной секции теплообменной камеры полости, снабженных вертикальными буртами подвижных заслонок, установленных на общих продольных направляющих и связанных с управляющими приводами с возможностью при их (заслонок) взаимном сдвигании плотного смыкания их буртов с образованием единой, перекрывающей проход в полость маршевого сопла стенки, и с одновременным открыванием прохода рабочего тела в полость секции, смежной с центральной секцией, а также с возможностью при взаимном раздвигании заслонок открывания прохода рабочего тела в полость маршевого сопла с одновременным закрыванием прохода в полость вышеупомянутой секции теплообменной камеры.

12. Управляющие приводы запорного устройства по п.11, отличающиеся тем, что выполнены в виде пары винтовых электродвигателей, установленных с противоположных сторон на корпусе теплообменной камеры и содержащих неподвижные корпусы-статоры и подвижные винтовые штоки-роторы, герметично пропущенные через стенку корпуса теплообменной камеры и связанные с заслонками с возможностью их взаимосогласованного регулируемого возвратно-поступательного перемещения по общим направляющим.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к источникам электроснабжения космического аппарата. Ядерная энергетическая установка (ЯЭУ) космического аппарата содержит энергетический блок, который включает газоохлаждаемый ядерный реактор, машинные преобразователи энергии, радиационную защиту, агрегаты системы теплоотвода с соединяющими их элементами конструкции, а также холодильник-излучатель.

Изобретение относится к комбинированным парогазовым энергоустановкам. .

Изобретение относится к атомной энергетике и ракетно-космической технике и может быть использовано при создании энергетических, двигательных и энергодвигательных установок.

Изобретение относится к промышленным сооружениям и может быть использовано при строительстве подземных атомных электростанций (АЭС). .

Изобретение относится к области теплоэнергетики с использованием ядерных реакторов в качестве высокотемпературных источников теплоты, двигателей Стирлинга и предназначено в качестве комбинированных энергоустановок для автономных объектов.

Изобретение относится к ядерной энергетике, в частности к космическим ядерным энергетическим установкам. .

Изобретение относится к области атомной энергетики и может быть использовано при разработке и создании ядерных энергетических установок, например транспортных, а конструкция барабана, предложенная в изобретении, может применяться и в других тепловых турбинных двигателях, использующих ленты или спирали с эффектом памяти формы.

Изобретение относится к ядерной технике, а более конкретно - к ядерным энергетическим установкам (ЯЭУ) с водоводяными кипящими ядерными реакторами (ЯР). .

Изобретение относится к инерционным движителям, выполненным с возможностью создания реактивной тяги. Инерционный движитель содержит маховик, причем маховик содержит рабочее тело.

Устройство для подачи пылеобразного рабочего тела в электроракетный двигатель относится к области электрических ракетных двигателей (ЭРД), в которых используют пыль в качестве рабочего тела для создания тяги.

Изобретение относится к области реактивных движителей. Центробежный движитель содержит вращающийся относительно оси вращения ротор и связанный с ним невращающийся относительно оси вращения ротора корпус с каналами в роторе и корпусе для прохождения по этим каналам рабочего вещества.

Изобретение относится к инерционным двигателям, выполненным с возможностью создания реактивной тяги. .

Изобретение относится к области реактивной техники, в частности к вихревым установкам, и может быть использовано в качестве тягового устройства для транспортных систем.

Изобретение относится к устройствам для преобразования энергии волн, в частности для преобразования энергии колебания судна в гидрореактивную энергию. .

Изобретение относится к области судостроения. .

Изобретение относится к области электроракетных двигателей. Двигатель с замкнутым дрейфом электронов содержит разрядную камеру с анодом-газораспределителем. Анод соединен трубопроводом с системой подачи рабочего тела. Двигатель также содержит магнитную систему с магнитными полюсами. Система имеет по оси двигателя сквозную полость. При этом термокатод не связан с системой подачи рабочего тела. В двигатель включены, по крайней мере, одна катодная и две анодные тепловые трубы. Встроенные в анод-газораспределитель анодные тепловые трубы направлены в сторону, противоположную выходу из двигателя. При этом анодные тепловые трубы в своей хвостовой части охватывают катодную тепловую трубу. Катодная тепловая труба проходит через сквозную полость двигателя и установлена с зазором относительно нерабочей стороны катода. Катодная тепловая труба электрически изолирована от катода. В хвостовой части с внутренней стороны анодных тепловых труб установлен стартовый нагреватель. Стартовый нагреватель охватывает катодную тепловую трубу. Снаружи анодных тепловых труб и в примыкающей к катоду части катодной тепловой трубы смонтированы тепловые экраны. Тепловые экраны охватывают анодные тепловые трубы. Техническим результатом является увеличение КПД двигателя с замкнутым дрейфом электронов, за счет исключения потерь энергии на нагрев катода, а также увеличение надежности, за счет снижения температуры анода при работе двигателя на номинальном режиме. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх