Способ подачи рабочего тела в импульсный плазменный электрический реактивный двигатель и устройство для его осуществления

Изобретение относится к системам подачи рабочего тела в импульсный плазменный электрический реактивный двигатель. Способ подачи жидкого рабочего тела из бака хранения в импульсном плазменном электрическом реактивном двигателе на подвижную поверхность разрядного промежутка заключается в смачивании поверхности путем контакта капиллярного фитиля, смоченного рабочим телом, с указанной поверхностью. Согласно изобретению рабочее тело подают к фитилю под давлением, а избыток рабочего тела с подвижной поверхности снимают другим фитилем, с последующим отсосом в бак хранения рабочего тела, при этом разрядный промежуток располагают между зоной подачи и отсоса излишков рабочего тела. Изобретение направлено на снижение потерь жидкого рабочего тела. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области электрических реактивных двигателей (ЭРД) импульсного действия, работающих на жидкофазных рабочих телах, и двигательных установок на их основе.

Известны импульсные плазменные реактивные двигатели на газообразном рабочем теле (ГРТ) типа ксенон, аргон, водород, и на твердофазном рабочем теле (ТРТ) эрозийного типа [«Электрические ракетные двигатели», С.Д. Гришин, Л.В. Лесков, Н.П. Козлов, Москва, Машиностроение, 1975 год, стр. 198…233], [«Основы теории космических электрореактивных двигательных установок», О.Н. Фаворский, В.В. Фишгойт, Е.И. Литовский, Москва, Высшая школа, 1978 год, стр. 170…173], [«Космические двигатели - состояние и перспективы», под редакцией Л. Кейвни (пер. с англ. под редакцией А.С. Коротеева), Москва, Мир, 1988 год, стр. 186…193]. Основным недостатком первого типа двигателей и двигательных установок на их основе является сложность синхронизации по времени подачи дозируемой порции ГРТ в зону разрядного промежутка со временем подачи разрядного импульса напряжения. Во втором случае - системы подачи и хранения шашек ТРТ содержат пружинные механизмы, которые обеспечивают подачу шашек ТРТ в разрядную зону по мере их выработки, при этом в процессе выработки шашек усилие подачи падает. Двигательные установки на основе двигателей с ТРТ, как правило, представляют единый блок с жесткими механическими связями, что накладывает серьезные ограничения на габариты шашек и двигательную установку в целом, кроме того, удельные характеристики для двигателей на ТРТ эрозийного типа низкие, вследствие доминирующего газодинамического механизма ускорения плазмы.

Более совершенным типом импульсного электрического двигателя, выбранного в качестве прототипа, является двигатель [«Импульсный плазменный электрический реактивный двигатель», патент РФ 2266428 С2, Ф.А. Казанкин, Л.А. Потабачный, С.H. Бухвастов, 2002 год.] на жидкофазном рабочем теле (ЖРТ) с электронно-детонационным типом разряда [«Способ получения реактивной тяги», патент РФ №2129594, Ю.Н. Вершинин, Б.А. Некрасов, 1996 год], система подачи ЖРТ из бака хранения организована через эластичный фитиль, контактирующий с подвижной поверхностью, содержащей разрядный промежуток. Разряд в таком двигателе осуществляется по пленке из жидкофазного рабочего тела. В таком двигателе, состоящем из анода, катода и разрядного промежутка между ними, рабочее тело в зону между анодом и катодом подается в виде пленки ЖРТ, наносимой системой подачи в зоне контакта пористо-капиллярного эластичного фитиля с подвижной поверхностью и смачивающей последнюю. Форма подвижной поверхности может быть цилиндрической или дисковой. В качестве ЖРТ применен жидкий диэлектрик с низким значением давления насыщенных паров, например синтетические жидкости, вакуумное масло и другие. При этом подвижная поверхность выполняется из смачиваемого рабочим телом диэлектрического материала, например капролона.

Однако и в таком конструктивном решении по результатам испытаний выявлен ряд недостатков, а именно большая площадь смачивания пленкой ЖРТ подвижной поверхности цилиндра или диска, по сравнению с площадью, участвующей в разрядном процессе (на практике это отношение площадей более одного порядка), что ведет к непроизводительным потерям ЖРТ из-за испарения и растекания. Вторым недостатком такой компоновки капиллярно-фитильной системы подачи ЖРТ в разрядный промежуток является трудность настройки канала подачи на организацию пленки ЖРТ оптимальной толщины для различного диапазона частоты (от 1 до 100 Гц) импульсной работы двигателя. Как правило, система подачи настраивается на избыточную толщину пленки ЖРТ, наносимую на подвижную поверхность, что ведет в процессе ресурсной наработки двигателя к перерасходу ЖРТ и ухудшению удельных характеристик двигателя.

Предлагаемое решение направлено на устранение вышеперечисленных недостатков и заключается в создании способа и устройства подачи ЖРТ по двухканальному типу «сток-исток» подачи ЖРТ на подвижную поверхность двигателя для образования жидкофазной пленки в зоне, непосредственно прилегающей к разрядному промежутку. В этом случае разрядный промежуток располагают между каналом подачи и каналом отсоса ЖРТ, при этом канал подачи, разрядный промежуток и канал отсоса излишков ЖРТ располагают по направлению вращения (движения) подвижной поверхности двигателя. Подача и отсос рабочего тела производится с помощью микронасосов, настройка производительности которых по каналу отсоса равна или превышает производительность по каналу подачи.

Способ подачи жидкого рабочего тела в импульсный плазменный электрический реактивный двигатель из бака хранения на подвижную поверхность, содержащую разрядный промежуток, заключается в создании пленки ЖРТ путем смачивания данной поверхности в зоне ее контакта с капиллярным фитилем, смоченным рабочим телом. Согласно изобретению рабочее тело подают к фитилю под давлением, а избыток рабочего тела с подвижной поверхности снимают другим фитилем, с последующим отсосом в бак хранения рабочего тела, при этом разрядный промежуток располагают между зоной подачи и отсоса излишков рабочего тела.

Устройство для осуществления способа подачи жидкого рабочего тела из бака хранения в импульсный плазменный электрический реактивный двигатель состоит из бака хранения, трубопровода (канала) подачи рабочего тела к капиллярному фитилю, который контактирует с подвижной поверхностью разрядного промежутка. Предлагается в трубопроводе подачи дополнительно установить микронасос, а после разрядного промежутка по направлению движения подвижной поверхности разместить контактирующий с ней фитиль, сообщенный с трубопроводом отсоса рабочего тела, также снабженного микронасосом, и соединенного с баком хранения рабочего тела.

В предпочтительном варианте устройства подвижная поверхность и насос имеют общий или синхронизированные между собой электроприводы.

Устройство, предназначенное для осуществления способа подачи рабочего тела в импульсный электрический реактивный двигатель представлено на приведенном чертеже.

Основными элементами системы организации пленки ЖРТ 1 на подвижной поверхности 2 барабана в зоне разрядного промежутка «анод (А) - катод (К)» являются канал подачи ЖРТ 3, содержащий в зоне контакта с подвижной поверхностью барабана (цилиндра, выполненного из диэлектрика) 2 эластичный фитиль-смачиватель 4. Канал 5 отсоса ЖРТ, также содержит в зоне контакта с подвижной поверхностью 1 фитиль-смачиватель 4. Подача и отсос ЖРТ по каналам 3 и 5 обеспечивается микронасосом 6, например, перистальтического типа, устанавливаемого между емкостью 7 хранения ЖРТ и фитилями-смачивателями 4. Оптимальным решением такой компоновки является наличие общего электропривода 8 вращения барабана 2 и микронасоса 6.

На чертеже, для удобства визуального понимания нового принципа нанесения пленки ЖРТ, зоны подачи и отсоса ЖРТ разнесены на 180°, в реальном исполнении они разнесены в секторе не более 30°, что резко сокращает непроизводительные потери ЖРТ и ведет к повышению удельных характеристик двигателя.

Работает такая система подачи ЖРТ в составе двигательной установки следующим образом. При подаче напряжения на электропривод вращения 8, связанные механически с ним подвижная поверхность 2 барабана и вал микронасоса 6 приводятся во вращение. При этом ЖРТ по каналу подачи 3 через смачиватель 4 поступает в зону контакта смачивателя 4 с подвижной поверхностью 2 барабана, вследствие чего на подвижной поверхности 2 появляется пленка 1 ЖРТ, которая перемещается в сторону разрядного промежутка, образованного электродами «А-К».

Подача импульсов высокого напряжения на электроды «А-К» вызывает пробой разрядного промежутка по поверхности ЖРТ, что приводит к образованию плазмы, создающей силовой импульс тяги.

Остатки пленки 1 ЖРТ, перемещаясь от разрядного промежутка в сторону смачивателя 4, сообщенного с каналом 5 отсоса ЖРТ, из зоны взаимного контакта смачивателя 4 с подвижной поверхностью 2 барабана, посредством микронасоса 6 перекачиваются в бак 7 хранения ЖРТ.

1. Способ подачи жидкого рабочего тела в импульсный плазменный электрический реактивный двигатель, заключающийся в отборе рабочего тела из бака хранения, смачивании подвижной поверхности разрядного промежутка путем контакта капиллярного фитиля, смоченного рабочим телом, с указанной поверхностью, отличающийся тем, что рабочее тело подают к фитилю под давлением, а избыток рабочего тела с подвижной поверхности снимают другим фитилем, с последующим отсосом в бак хранения рабочего тела, при этом разрядный промежуток располагают между зоной подачи и отсоса излишков рабочего тела.

2. Устройство подачи жидкого рабочего тела в импульсный плазменный электрический реактивный двигатель, состоящее из бака хранения, трубопровода подачи рабочего тела к капиллярному фитилю, контактирующему с подвижной поверхностью разрядного промежутка, выполненной из диэлектрика, отличающееся тем, что в трубопроводе подачи дополнительно установлен насос, а после разрядного промежутка с подвижной поверхностью контактирует фитиль, сообщенный с трубопроводом отсоса рабочего тела, снабженного насосом и соединенного с баком хранения рабочего тела.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что подвижная поверхность и насос имеют общий или синхронизированные между собой электроприводы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электрореактивным двигателям прямоточного типа (ПЭРД), в которых в качестве рабочего вещества используется газообразная окружающая среда. ПЭРД предназначен для управления движением низкоорбитального космического аппарата.

Изобретение относится к средствам управления движением космических аппаратов, а именно к электрическим (плазменным) ракетным двигателям для коррекции орбиты искусственного, преимущественно низкоорбитального спутника планеты с атмосферой.

Изобретение относится к ракетно-космической технике и может быть использовано при испытаниях и эксплуатации ионных двигателей. Ионный двигатель снабжен устройством для защиты от дугового разряда, вызванного межэлектродным пробоем между эмиссионным и ускоряющим электродами ионно-оптической системы.

Изобретение относится к технике стационарных плазменных двигателей (СПД). В динамический имитатор СПД, содержащий имитатор поджигного промежутка, имитатор регулятора рабочего тела, содержащий резистивную токоограничивающую нагрузку, транзисторный узел, введены имитатор магнитной системы, содержащий катушки, имитатор нагревателя катода, подключенный к шине катода, имитатор броска пускового разрядного тока, подключенный между плюсовой шиной и шиной катода, силовой ключ с характеристикой тиристорного типа, датчик тока, своим входом подключенный между вторым выводом резистивной токоограничивающей нагрузки и плюсовой шиной, генератор, имитирующий напряжение колебаний разрядного тока и суммирующий усилитель, первый вход которого подключен к функциональному выходу имитатора регулятора расхода рабочего тела, второй вход подключен к выходу генератора, имитирующего напряжение колебаний тока разряда, третий вход подключен к выходу датчика тока, выход суммирующего усилителя подключен к управляющему входу транзисторного узла с регулируемой проводимостью, а шина катода подключена к минусовому входу динамического имитатора СПД через катушки имитатора магнитной системы.

Изобретение относится к миниатюрному плазменному двигателю, при этом согласно изобретению: производят возбуждение плазмы микроразрядом с полым катодом вблизи выхода и внутри средства инжекции газообразного рабочего тела, при этом указанное средство инжекции является магнитным и содержит заострение на своем выходном конце, электроны намагниченной плазмы приводят в циклотронное вращение на уровне выходного конца указанного средства инжекции.

Предлагаемое изобретение относится к области использования электроракетных двигательных установок в составе космического аппарата и предназначено для проведения испытаний ее на электромагнитную совместимость с информационными бортовыми системами, например на помехоустойчивость бортового вычислительного комплекса КА.

Электрическая двигательная установка содержит первый стационарный плазменный двигатель (111А), содержащий первый одиночный катод (140А), первый анод (125А) и первый газовый коллектор (121А, 141А), а также второй стационарный плазменный двигатель (111В), содержащий второй одиночный катод (140В), второй анод (125В) и второй газовый коллектор (121В, 141В).

Изобретение относится к области электроракетных двигателей (ЭРД). В ЭРД, содержащем разрядную камеру с соплом-анодом, трубопровод подачи рабочего тела, катод, обмотку электромагнитов, согласно изобретению на всей внутренней поверхности разрядной камеры в качестве зашиты от воздействия ионизирующего излучения высокотемпературной плазмы установлены фотоэлектрические и термоэлектрические преобразователи, вырабатывающие электродвижущую силу (ЭДС), причем термоэлектрические преобразователи расположены между корпусом разрядной камеры и фотоэлектрическими преобразователями.

Двигательная установка летательного аппарата, содержащая окружной газозаборный канал, расположенный между корпусом аппарата и обечайкой газозаборника, а также магнитную систему, наводящую в канале радиальное магнитное поле.

Изобретение относится к двигателям на эффекте Холла. Двигатель содержит резервуар (101) газа под высоким давлением, модуль (103) регулирования давления, устройство (105) управления расходом газа, канал ионизации, катод (40А, 40В), расположенный вблизи выпускного отверстия канала ионизации, анод, связанный с каналом ионизации, блок (110) электропитания, электрический фильтр (120) и катушки (31, 32) создания магнитного поля вокруг канала (21) ионизации.

Изобретение относится к области создания электрических реактивных двигателей. Для обеспечения надежной подачи твердого топлива в источник плазмообразующего вещества при длительной эксплуатации электрического ракетного двигателя в условиях низких отрицательных температур предложено поверхность направляющего приспособления для прямоточного перемещения твердого топлива в источнике плазмообразующего вещества со стороны прямоточного перемещения твердого топлива покрыть стеклоподобной пленкой в виде наноматериала. Изобретение направлено на обеспечение надежной подачи твердого топлива в источник плазмообразующего вещества при длительной эксплуатации электрического ракетного двигателя в условиях низких отрицательных температур. 2 ил.

Изобретение относится к области двигателей на эффекте Холла и, в частности, к двигателю (1), в кольцевом канале (2) которого нижний по потоку край имеет изменяемое поперечное сечение для обеспечения возможности изменения тяги и удельного импульса. Изобретение направлено на создание двигателя на эффекте Холла, способного работать как в режиме высокой тяги, так и в режиме высокого удельного импульса. 4 н. и 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к межорбитальным маневрам космических аппаратов (КА). Способ включает выведение КА на переходную орбиту с высотой апогея больше высоты геостационарной орбиты (ГСО) и высотой перигея ниже ГСО. Довыведение КА проводят в два этапа, на первом из которых с помощью электрореактивных двигателей большой тяги (например, электронагревных) уменьшают наклонение переходной орбиты, обеспечивая его естественную эволюцию за расчетный период. Затем увеличивают высоту перигея переходной орбиты, обеспечивая непопадание КА в зону внутреннего радиационного пояса Земли. На втором этапе с помощью электрореактивных двигателей малой тяги (например, ионных или плазменных) выводят КА на ГСО. Инерциальная ориентация КА остается неизменной на всем втором этапе. Вместе с изменением эксцентриситета орбиты изменяют скорость дрейфа КА в требуемом направлении и совмещают довыведение по эксцентриситету с приведением по долготе. Техническим результатом изобретения является уменьшение затрат времени и ресурсов, связанных с подготовкой к запуску и осуществлением выведения КА на орбиту штатной эксплуатации. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области двигателей на эффекте Холла, в частности к двигателю (1) на эффекте Холла с регулируемой тягой, в котором конечная ступень магнитного контура содержит взаимно противоположные внутренний полюс (18) и внешний полюс (15), причем внутренний полюс (18) смещен по оси вниз по потоку по отношению к внутреннему полюсу (15) таким образом, что магнитное поле (M) наклонено относительно поперечной плоскости двигателя (1). 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области электроракетных двигательных установок (ЭРДУ) и может быть использовано в системах хранения и подачи рабочего тела ЭРДУ. Устройство для измерения массы рабочего тела, газообразного при нормальных условиях, в баллоне электроракетной двигательной установки, включает магистраль подачи рабочего тела в двигатели электроракетной двигательной установки, измерительную магистраль с установленным на ней датчиком давления, в него введены нормально открытый отсечной клапан и дополнительный баллон, установленные на измерительной магистрали последовательно между баллоном электроракетной двигательной установки и датчиком давления, при этом дополнительный баллон имеет объем в 500…1000 раз меньше, чем у баллона электроракетной двигательной установки, и снабжен нагревательным элементом и датчиком температуры. Техническим результатом изобретения является возможность измерения в любой момент эксплуатации ЭРДУ как в космосе, так и в наземных условиях массы рабочего тела. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к способу создания электрореактивной тяги. Способ состоит в том, что после создания электрореактивной тяги в режиме горения топлива при импульсном давлении в усеченной сферической камере сгорания с образованием огненного ядра в камере сгорания и плазменного ядра в индукторе магнитного поля при воздействии СВЧ-полем в электронно-циклотронном резонансном режиме, а также создания прямого ускоряющего импульсного напряжения со стороны ускорителя катионов, расположенного перед соплом, дополнительно обеспечивают путем создания обратного ускоряющего импульсного напряжения со стороны изолированного электрода, установленного в камере сгорания, детонационный режим горения топлива в импульсно-пульсирующем режиме, при котором происходит формирование устойчивой детонационной волны в огненном ядре за счет импульсного потока ионизационно-термических волн катионов из плазменного ядра. Причем на поток ионизационно-термических волн катионов при действии обратного ускоряющего напряжения и на поток продуктов сгорания при действии прямого ускоряющего напряжения воздействуют магнитным полем, вектор индукции которого совпадает с вектором скорости этих потоков. Изобретение позволяетповысит удельную тягу, КПД и эффективность преобразования энергии продуктов сгорания топлива в электроэнергию. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к технологии питания рабочим газом ионного реактивного двигателя малой тяги. Способ питания ионного реактивного двигателя малой тяги рабочим газом, поступающим из резервуара с избыточным давлением, осуществляется посредством устройства питания, содержащего клапан on/off и, последовательно по ходу от упомянутого клапана on/off, дроссель высокого давления, буферный резервуар и по меньшей мере один дроссель низкого давления. Способ содержит этапы вычисления заданного значения давления (pc) для буферного резервуара как функции заданного значения расхода (Qc), вычисление разности (Δp) между заданным значением давления (pc) для буферного резервуара и давлением (pt), измеренным в буферном резервуаре, вычисление заданного значения (tc) для времени открытия клапана on/off как функции упомянутой разности (Δp) и давления (pr) в упомянутом резервуаре с избыточным давлением, и открытия клапана on/off в соответствии с упомянутым заданным значением (tc) времени открытия. Изобретение позволяет повысить надежность питания рабочим газом ионного реактивного двигателя малой тяги. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к системам управления обтеканием летательного аппарата при дозвуковых и околозвуковых скоростях полета. Импульсный плазменный тепловой актуатор эжекторного типа содержит подводной канал с обратным клапаном, разрядную камеру со встроенными игольчатыми электродами, сопло эжектора, камеру смешения, полость разрежения со щелью, соединяющей полость разрежения с поверхностью крыла, выходной диффузор. Актуатор позволяет без перегрева рабочей области создавать истекающую из сопла высокоскоростную пульсирующую струю газа в одной области течения и одновременно осуществлять отсос пограничного слоя в другой. Изобретение направлено на расширение возможности управления обтеканием крыла летательного аппарата. 2 ил.

Изобретение относится к области электроракетных двигателей (ЭРД), в частности к стендам для их испытаний на рабочем теле иоде. Стенд для испытания электроракетного двигателя, работающего на рабочем теле иоде, состоящий из вакуумной камеры, системы вакуумирования, электроракетного двигателя, системы торможения струи плазмы иода, истекающей из двигателя, системы хранения и подачи иода, снабженной нагревателями и соединенной через клапаны с электроракетным двигателем, устройства для конденсации иода, снабженного системой подачи криоагента, дополнительно включает паропровод иода. Система торможения, установленная соосно с электроракетным двигателем и снабженная контуром охлаждения, содержит центральное тело в виде усеченного конуса и охватывающий его приемный конус, больший диаметр которого обращен к выходному сечению электроракетного двигателя, а меньший связан с паропроводом иода, конечный участок которого соединен с устройством для конденсации иода, выполненного в виде снабженной герметичной рубашкой, гидравлически связанной с системой подачи криоагента, емкости, во внутренней полости которой размещен эластичный пакет для сбора иода, выполненный из хладостойкого материала и прилегающий к ее внутренней стенке. Способ испытания на стенде электроракетного двигателя, работающего на рабочем теле иоде, состоит в том, что истекающую из двигателя струю плазмы иода затормаживают в системе торможения и осаждают в устройстве для конденсации иода. Изобретение позволяет повысить экономическую эффективности работы стенда. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к транспорту, в частности к ионным двигателям. Система управления ионными двигателями содержит два устройства управления питанием, четыре ионных двигателя и два коммутационных узла. Один коммутационный узел соединен с двумя устройствами управления питанием и с двумя из четырех ионных двигателей. Другой коммутационный узел соединен с указанными двумя устройствами управления питанием и с другими двумя ионными двигателями. Каждый коммутационный узел имеет первое и второе коммутационные состояния, которые могут быть выбраны для обеспечения возможности подачи питания любым устройством управления питанием на любой ионный двигатель с первого по четвертый. Каждый коммутационный узел содержит полый вал, выполненный с возможностью поворота и приводимый в действие шаговым двигателем. Ионный двигатель содержит разрядный анод, разрядный катод, электрод устройства поддержания разряда, разрядный нагреватель, катод нейтрализатора, нагреватель нейтрализатора, экранную, ускорительную и замедлительную решетки. Технический результат - повышение надежности средств коммутации. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 17 ил.

Изобретение относится к системам подачи рабочего тела в импульсный плазменный электрический реактивный двигатель. Способ подачи жидкого рабочего тела из бака хранения в импульсном плазменном электрическом реактивном двигателе на подвижную поверхность разрядного промежутка заключается в смачивании поверхности путем контакта капиллярного фитиля, смоченного рабочим телом, с указанной поверхностью. Согласно изобретению рабочее тело подают к фитилю под давлением, а избыток рабочего тела с подвижной поверхности снимают другим фитилем, с последующим отсосом в бак хранения рабочего тела, при этом разрядный промежуток располагают между зоной подачи и отсоса излишков рабочего тела. Изобретение направлено на снижение потерь жидкого рабочего тела. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх