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


 


Владельцы патента RU 2615306:

Федеральное государственное унитарное предприятие "НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ МАШИНОСТРОЕНИЯ" (ФГУП "НИИМаш") (RU)

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.
Наверх