Двигатель на эффекте холла

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.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области двигателей на эффекте Холла.

Уровень техники

Более конкретно изобретение относится к двигателю на эффекте Холла, содержащему кольцевой канал, анод, инжекционный контур, магнитный контур и катод. Кольцевой канал ограничен внешней стенкой и внутренней стенкой, расположенными концентрически вокруг центральной оси, и имеет открытый нижний по потоку край и закрытый верхний по потоку край. Анод расположен на верхнем по потоку краю кольцевого канала. Инжекционный контур выполнен с возможностью инжекции газообразного рабочего тела, например ксенона, в кольцевой канал. Магнитный контур выполнен с возможностью генерирования магнитного поля на нижнем по потоку краю кольцевого канала. Катод расположен вне кольцевого канала, за его нижнем по потоку краем.

Термины «верхний по потоку» и «нижний по потоку» в контексте настоящего описания приведены с учетом направления нормальной циркуляции газообразного рабочего тела в направлении, определенном центральной осью кольцевого канала.

Обычно при работе такого двигателя на эффекте Холла магнитное поле удерживает электроны, испускаемые катодом и притягиваемые к аноду, расположенному на дне кольцевого канала, на спиральных траекториях, проходящих между двумя стенками, образуя таким образом виртуальную катодную сетку. Электроны, вылетающие из такой магнитной ловушки по направлению к аноду, приходят в столкновение с атомами газообразного рабочего тела, инжектируемого в кольцевой канал инжекционным контуром, создавая при этом ионизированную плазму.

Электрическое поле, существующее между анодом и виртуальной катодной сеткой, образованной электронным облаком, захваченным магнитным полем на открытом краю кольцевого канала, ускоряет положительные ионы плазмы. Поскольку масса таких положительных ионов значительно превышает массу электронов, магнитное поле не оказывает заметного влияния на форму их траектории. После прохождения таким пучком плазмы магнитного поля происходит нейтрализация его ионов электронами, испускаемыми катодом или образованными в результате ионизации плазмы.

Двигатели на эффекте Холла изначально использовались в системах управления ориентацией и/или траекторией (системах AOCS, от английского Attitude and Orbit Control Systems) космических аппаратов и, в частности, в системах AOCS геостационарных спутников. Двигатели на эффекте Холла позволяют получить чрезвычайно высокие значения удельного импульса (ISP), порядка 1500 с, что позволяет обеспечить точное управление ориентацией и/или положением аппарата с использованием систем значительно меньшей массы и сложности, чем в случае применения известных систем, использующих инерциальное оборудование, например, реактивные системы с использованием маховиков в сочетании с химическими двигателями для их разгрузки.

Однако, хотя двигатель на эффекте Холла обеспечивает высокий удельный импульс, он, как правило, способен создавать лишь крайне малую тягу. Вследствие этого, системы AOCS, содержащие двигатели на эффекте Холла, принято снабжать также химическими двигателями для выполнения некоторых быстрых маневров, например, таких как смена орбиты или установка в заданное положение. Это, однако, приводит к нежелательному увеличению общей стоимости и сложности космического аппарата, а также к снижению его надежности.

При проведении диагностических испытаний, а также эксперимента SMART-1, было установлено, что двигатели на эффекте Холла могут работать не только в режиме высокого удельного импульса с малым расходом газообразного рабочего тела и высоким электрическим напряжением между анодом и катодом, но и в альтернативном режиме высокой тяги с высоким расходом и умеренным напряжением. Однако стабильность плазменного пучка и КПД двигателя зависят, в частности, от плотности плазмы в кольцевом канале. Вследствие этого известные двигатели оптимизированы лишь для одного из режимов работы. Таким образом, замена химических двигателей для смены орбиты и для позиционирования в общем случае потребует установки двигателей на эффекте Холла, выполненных с возможностью работы в режиме высокой тяги, в дополнение к имеющимся в составе системы AOCS двигателей на эффекте Холла с высоким удельным импульсом. Следовательно, сложность космического аппарата не может быть значительно уменьшена.

В американском патенте US 7500350 описан двигатель на эффекте Холла, содержащий кольцевой канал, имеющий открытый нижний по потоку край и закрытый верхний по потоку край, электрический контур, инжекционный контур для инжекции газообразного рабочего тела в кольцевой канал и магнитный контур для генерирования магнитного поля на нижнем по потоку краю кольцевого канала. Электрический контур содержит анод, расположенный на верхнем по потоку краю кольцевого канала, катод, расположенный вниз по потоку от нижнего по потоку края кольцевого канала, и источник электрического напряжения между указанными анодом и катодом. Кольцевой канал ограничен внешней и внутренней стенками, расположенными концентрически вокруг центральной оси. Для поддержания приблизительно постоянного зазора между внутренней и внешней стенками, несмотря на их постепенную эрозию в процессе работы двигателя, внутренняя и/или внешняя стенка выполнены подвижными в аксиальном направлении, а двигатель дополнительно содержит привод для перемещения указанных внутренней и/или внешней стенки. Однако в данном документе не раскрыто, как такой двигатель на эффекте Холла работает в режиме высокой тяги, равно как и в режиме высокого удельного импульса.

Раскрытие изобретения

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в создании двигателя на эффекте Холла, способного работать как в режиме высокой тяги, так и в режиме высокого удельного импульса.

По меньшей мере в соответствии с первым вариантом изобретения решение поставленной задачи достигается благодаря тому, что внутренняя стенка подвижна и имеет диаметр, уменьшающийся в направлении вниз по потоку, при этом двигатель дополнительно содержит модуль управления, который соединен по меньшей мере с указанными электрическим контуром, контуром инжекции газообразного рабочего тела, а также с указанным приводом и выполнен с возможностью изменения указанного потока и/или указанного напряжения и регулировки положения подвижной внутренней стенки в соответствии с указанными переменными потоком и/или напряжением для изменения поперечного сечения нижнего по потоку края кольцевого канала, чтобы тем самым поддерживать плотность плазмы на нижнем по потоку крае кольцевого канала в пределах заранее заданного диапазона.

По меньшей мере в соответствии со вторым вариантом изобретения решение поставленной задачи достигается благодаря тому, что внешняя стенка подвижна и имеет диаметр, возрастающий в направлении вниз по потоку, при этом двигатель дополнительно содержит модуль управления, который соединен по меньшей мере с указанными электрическим контуром, контуром инжекции газообразного рабочего тела, а также с указанным приводом и выполнен с возможностью изменения указанного потока и/или указанного напряжения и регулировки положения подвижной внешней стенки для изменения поперечного сечения нижнего по потоку края кольцевого канала в соответствии с указанными переменными потоком и/или напряжением, чтобы тем самым поддерживать плотность плазмы на нижнем по потоку крае кольцевого канала в пределах заранее заданного диапазона.

В обоих случаях такая конструкция позволяет изменять ширину нижнего по потоку края кольцевого канала путем перемещения подвижной стенки в аксиальном направлении с целью поддержания постоянной плотности плазмы на выходе кольцевого канала при изменениях потока газообразного рабочего тела. Таким образом, получают гибко регулируемый двигатель на эффекте Холла, который может работать как в режиме высокой тяги с высоким расходом плазмы, распределенным по большому поперечному сечению выхода кольцевого канала, так и в режиме высокого удельного импульса с более низким расходом плазмы через меньшее поперечное сечение выхода кольцевого канала.

Для обеспечения перемещения подвижной стенки указанный привод подвижной стенки может представлять собой, например, пьезоэлектрический привод подвижной стенки. В контексте данного приложения такой пьезоэлектрический привод обладает преимуществом совместимости с применением в космических условиях благодаря длительному сроку службы и отсутствию нежелательных взаимодействий с сильными электрическими и магнитными полями, существующими в двигателе на эффекте Холла, в то же время обеспечивая высокую скорость реакции. В частности, пьезоэлектрический привод может представлять собой ультразвуковой мотор. Термин «ультразвуковой мотор» обозначает в данном контексте привод, содержащий ротор и пьезоэлектрический статор, в котором электрическими средствами может быть возбуждена бегущая ультразвуковая волна, гребни которой, приходя в контакт с ротором, вызывают его смещение в заданном для него направлении. Хотя ультразвуковые моторы обычно представляют собой вращающиеся моторы с кольцевыми роторами и статорами, в данном приложении также может быть предусмотрено использование линейного ультразвукового мотора с прямолинейными ротором и статором. Мы сохраняем наименование «ротор» для обозначения подвижного элемента двигателя несмотря на линейный, а не вращательный характер его перемещения. Ультразвуковой мотор обладает, в частности, тем преимуществом, что он обеспечивает создание сравнительно больших моментов и сил, в то же время не создавая паразитных наводок ни на двигатель на эффекте Холла, рабочие частоты которого составляют порядка 30 кГц, ни на оборудование связи космического аппарата, работающее на частотах порядка нескольких гигагерц. Действительно, рабочая частота ультразвуковых моторов составляет порядка 30 МГц.

В частности, внутренняя и внешняя стенки могут быть выполнены из керамического материала, обладающего особенно благоприятными для данного приложения электрическими и магнитными характеристиками, а также устойчивостью к эрозии.

В соответствии с настоящим изобретением также предлагаются космический аппарат, содержащий по меньшей мере один указанный двигатель на эффекте Холла, и способ регулирования тяги такого двигателя на эффекте Холла.

По меньшей мере в соответствии с одним из вариантов способа регулирования тяги поток газообразного рабочего тела, инжектируемого контуром в кольцевой канал, и/или электрическое напряжение между указанными анодом и катодом изменяют в зависимости от требуемой величины тяги, причем положение подвижной стенки настраивают так, чтобы изменить поперечное сечение нижнего по потоку края кольцевого канала в соответствии с указанными изменяемыми значениями потока и/или напряжения, чтобы тем самым поддерживать плотность плазмы на нижнем по потоку крае кольцевого канала в пределах заранее заданного диапазона. Таким образом, двигатель на эффекте Холла может быть переведен из режима работы с высокой тягой в режим работы с высоким удельным импульсом и обратно без потери устойчивости плазменного пучка.

Краткое описание чертежей

Изобретение станет более ясно, а его преимущества более очевидны из нижеследующего подробного описания двух вариантов его осуществления, приведенного в качестве примера, не накладывающего каких-либо ограничений, и содержащего ссылки на прилагаемые чертежи. На чертежах:

- на фиг. 1A схематически представлен в аксиальном разрезе двигатель на эффекте Холла по первому варианту изобретения в режиме высокой тяги;

- на фиг. 1B схематически представлен в аксиальном разрезе двигатель на эффекте Холла по фиг. 1A в режиме высокого удельного импульса;

- на фиг. 2A схематически представлен в аксиальном разрезе двигатель на эффекте Холла по второму варианту изобретения в режиме высокой тяги; и

- на фиг. 2B схематически представлен в аксиальном разрезе двигатель на эффекте Холла по фиг. 2A в режиме высокого удельного импульса.

Осуществление изобретения

Фиг. 1A и 1B иллюстрируют два разных положения одного и того же двигателя 1 на эффекте Холла по первому варианту изобретения. Двигатель 1 содержит кольцевой канал 2, ограниченный внутренней стенкой 3 и внешней стенкой 4 из керамического материала, концентрически расположенными вокруг центральной оси X. Кольцевой канал 2 имеет открытый нижний по потоку край и закрытый верхний по потоку край. На верхнем по потоку крае канала 2 также предусмотрены патрубки 10 для инжекции газообразного рабочего тела в кольцевой канал 2. Патрубки 10 соединены с источником газообразного рабочего тела инжекционным контуром 11, который содержит элементы 24 регулировки расхода. Элементы 24 могут представлять собой, например, штифтовой вентиль или термокапилляр, т.е. капилляр, оборудованный средствами нагрева, позволяющими активно изменять его температуру и, следовательно, расход среды через него. Такие элементы регулировки расхода могут дополнительно содержать пассивные ограничители. В качестве газообразного рабочего тела может быть использован ксенон, который обладает преимуществами высокого молекулярного веса и сравнительно низкого потенциала ионизации. Однако, как и в других двигателях на эффекте Холла, в качестве газообразного рабочего тела может быть использовано широкое множество других газов.

Двигатель 1 также содержит магнитный контур. Магнитный контур содержит расположенные вокруг внешней стенки 4 магнитные сердечники 13, окруженные катушками 14 и завершающиеся внешним полюсом 15, расположенным вблизи открытого края кольцевого канала 2. Магнитный контур также содержит центральный магнитный сердечник 16, расположенный в центре двигателя 1, окруженный катушками 17 и завершающийся внутренним полюсом 18, имеющим полярность, противоположную полярности внешнего полюса 15, и расположенным напротив него вблизи открытого края кольцевого канала 2 так, чтобы обеспечить формирование между двумя полюсами радиального магнитного поля. Двигатель 1 также содержит электрический контур 21, содержащий анод 9, расположенный на верхнем по потоку краю кольцевого канала 2, катод 19, расположенный ниже по потоку от открытого края кольцевого канала 2, и источник 20 электрического напряжения между анодом 9 и катодом 19. Хотя в показанных вариантах изобретения катод 19 представляет собой полый катод, в альтернативных вариантах могут быть использованы катоды других типов.

Кольцевой канал 2 может, в частности, быть аксиально симметричным. Однако в альтернативных вариантах изобретения он может иметь форму, не обладающую аксиальной симметрией, например, с поперечным сечением в форме овала или ипподрома.

В рабочем режиме между полым катодом 19, расположенным за нижним по потоку краем кольцевого канала 2, и анодом 9, расположенным на дне кольцевого канала 2, создают электрическое напряжение, величина которого при использовании в качестве газообразного рабочего тела ксенона обычно составляет приблизительно от 150 до 800 B. При этом полый катод 19 начинает испускать электроны, значительная часть которых попадает в магнитную ловушку, образованную магнитным полем, которое соответствует требуемому КПД двигателя и используемому газообразному рабочему телу; при использовании в качестве газообразного рабочего тела ксенона величина магнитной индукции обычно составляет приблизительно от 100 до 300 Гс. Электроны, захваченные в такую магнитную ловушку, образуют виртуальную катодную сетку. Таким образом, в кольцевом канале, между анодом 9 и виртуальной катодной сеткой возникает электрическое поле.

Электроны с высокой энергией (как правило, от 10 до 40 эВ) вылетают из магнитной ловушки в направлении анода 9, в то время как газообразное рабочее тело поступает в кольцевой канал 2 в результате его инжекции через патрубки 10. Столкновения между такими электронами и атомами газообразного рабочего тела приводят к ионизации газообразного рабочего тела, причем электрическое поле ускоряет его в направлении нижнего по потоку края кольцевого канала 2. Поскольку масса ионов газообразного рабочего тела на несколько порядков превосходит массу электронов, магнитное поле не удерживает такие ионы так, как оно удерживает электроны. В результате двигатель 1 образует плазменный пучок, испускаемый через нижний по потоку край кольцевого канала 2 и создающий тягу, направленную по существу параллельно центральной оси X.

В двигателе 1 по первому варианту изобретения внешняя стенка 4 подвижна в аксиальном направлении, причем ее диаметр растет в направлении вниз по потоку. Внутренняя стенка 3 неподвижна. Таким образом, когда внешняя стенка 4 отведена в аксиальном направлении назад, в положение, представленное на фиг. 1A, между внутренней стенкой 3 и внешней стенкой 4 существует относительно большой зазор Ip, которому соответствует большое поперечное сечение канала выхода плазменного пучка из кольцевого канала 2. Когда же внешняя стенка 4 выведена вперед, как показано на фиг. 1B, между внутренней стенкой 3 и внешней стенкой 4 существует меньший зазор Ii которому соответствует меньшее поперечное сечение канала для плазменного пучка. Таким образом, положение, представленное на фиг. 1A, обеспечивающее распределение плазменного пучка по большей выходной поверхности на нижнем по потоку краю кольцевого канала 2, более благоприятно для формирования плазменного пучка с большим расходом и, следовательно, большей тягой. Между тем, положение, представленное на фиг. 1B, позволяющее поддерживать стабильность плазменного пучка даже при уменьшенном расходе и более высоком электрическом напряжении, более благоприятно для режима работы с высоким удельным импульсом.

Перемещение внешней стенки 4 в аксиальном направлении может быть обеспечено приводом 22, содержащим ультразвуковой мотор, который легко может быть встроен в двигатель 1 благодаря своим малым размерам. Хотя в данном варианте изобретения предложено использование ультразвукового мотора, в альтернативных вариантах также могут быть предусмотрены приводы других типов, в частности пьезоэлектрические.

Модуль 23 управления, соединенный по меньшей мере с приводом 22, элементами регулировки расхода газообразного рабочего тела в контуре 11 и источником электрического напряжения между анодом 9 и катодом 19 может регулировать расход газообразного рабочего тела, поступающего из контура 11, электрическое напряжение между катодом 19 и анодом 9, а также аксиальное положение внешней стенки 4 так, чтобы обеспечивать изменения тяги и удельного импульса двигателя 1. Данный модуль 23 управления содержит блок обработки данных и блок памяти, в котором сохранены таблицы, устанавливающие аксиальное положение внешней стенки 4, которое соответствует рабочей точке двигателя 1, определенной парой значений силы тока и напряжения источника электропитания, подсоединенного к аноду 9 и катоду 19.

Хотя в данном первом варианте изобретения подвижной стенкой является внешняя стенка 4, в других вариантах изобретения внутренняя стенка 3 может быть выполнена подвижной вместо внешней стенки 4 или в дополнение к ней. Так, во втором варианте изобретения, проиллюстрированном на фиг. 2A и 2B, внешняя стенка 4 является неподвижной, тогда как внутренняя стенка 3 подвижна в аксиальном направлении. Прочие элементы двигателя 1 идентичны элементам по первому варианту изобретения и обозначены на чертежах теми же ссылочными номерами. В соответствии со вторым вариантом изобретения диаметр внутренней стенки 3 уменьшается в направлении вниз по потоку. Таким образом, как и в первом варианте изобретения, аксиальное перемещение подвижной стенки позволяет перейти от режима работы с высокой тягой, представленного на фиг. 2A, к режиму работы с высоким удельным импульсом, представленному на фиг. 2B, и наоборот.

В обоих вариантах осуществления изобретения плазменный пучок может быть испущен под значительным углом к аксиальному направлению (например, до 45°).

Следовательно, стенкам 3, 4 следует придать такую форму, которая по возможности исключила бы их эрозию под воздействием ионов такого пучка. Так, например, в проиллюстрированных вариантах изобретения подвижным стенкам придана форма эвольвенты окружности, которая достигает на их периферическом конце угла, превышающего 45°, относительно центральной оси X.

Хотя настоящее изобретение описано выше в привязке к конкретным примерам его осуществления, очевидно что, в такие примеры могут быть внесены различные модификации и изменения, не выходящие за рамки правовой охраны изобретения, определенный нижеследующей формулой. Кроме того, отдельные признаки различных вариантов изобретения могут быть объединены в дополнительных вариантах его осуществления. Например, подвижными в аксиальном направлении могут быть как внутренняя, так и внешняя стенки. В связи с этим описание чертежей следует рассматривать в качестве иллюстрации, не накладывающей каких-либо ограничений.

1. Двигатель (1) на эффекте Холла, содержащий:

кольцевой канал (2), ограниченный внутренней стенкой (3) и внешней стенкой (4), которые расположены концентрически вокруг центральной оси (X), причем кольцевой канал (2) имеет открытый нижний по потоку край и закрытый верхний по потоку край, а внутренняя стенка (3) выполнена подвижной в аксиальном направлении;

привод (22) для перемещения указанной внутренней стенки (3) в аксиальном направлении;

электрический контур (21), содержащий анод (9), расположенный на верхнем по потоку крае кольцевого канала (2), катод (19), расположенный на нижнем по потоку крае кольцевого канала (2), и источник (20) электрического напряжения между указанными анодом (9) и катодом(19);

инжекционный контур (11) для инжекции потока газообразного рабочего тела в кольцевой канал (2);

и магнитный контур для генерирования магнитного поля (М) на нижнем по потоку крае кольцевого канала (2),

отличающийся тем, что подвижная внутренняя стенка (3) имеет диаметр, уменьшающийся в направлении вниз по потоку, при этом двигатель (1) дополнительно содержит модуль (23) управления, который соединен по меньшей мере с указанными электрическим контуром, контуром инжекции газообразного рабочего тела, а также с указанным приводом и выполнен с возможностью изменения указанного потока и/или указанного напряжения и регулировки положения подвижной внутренней стенки (3) в соответствии с указанными переменными потоком и/или напряжением для изменения поперечного сечения нижнего по потоку края кольцевого канала (2), чтобы тем самым поддерживать плотность плазмы на нижнем по потоку крае кольцевого канала (2) в пределах заранее заданного диапазона.

2. Двигатель (1) на эффекте Холла, содержащий:

кольцевой канал (2), ограниченный внутренней стенкой (3) и внешней стенкой (4), которые расположены концентрически вокруг центральной оси (X), причем кольцевой канал (2) имеет открытый нижний по потоку край и закрытый верхний по потоку край, а внешняя стенка (4) выполнена подвижной в аксиальном направлении;

привод для перемещения указанной внешней стенки (4) в аксиальном направлении;

электрический контур (21), содержащий анод (9), расположенный на верхнем по потоку крае кольцевого канала (2), катод (19), расположенный на нижнем по потоку крае кольцевого канала (2), и источник (20) электрического напряжения между указанными анодом (9) и катодом(19);

инжекционный контур (11) для инжекции потока газообразного рабочего тела в кольцевой канал (2);

и магнитный контур для генерирования магнитного поля (М) на нижнем по потоку крае кольцевого канала (2),

отличающийся тем, что подвижная внешняя стенка (4) имеет диаметр, возрастающий в направлении вниз по потоку, при этом двигатель (1) дополнительно содержит модуль (23) управления, который соединен по меньшей мере с указанными электрическим контуром, контуром инжекции газообразного рабочего тела, а также с указанным приводом и выполнен с возможностью изменения указанного потока и/или указанного напряжения и регулировки положения подвижной внешней стенки (4) для изменения поперечного сечения нижнего по потоку края кольцевого канала (2) в соответствии с указанными переменными потоком и/или напряжением, чтобы тем самым поддерживать плотность плазмы на нижнем по потоку крае кольцевого канала (2) в пределах заранее заданного диапазона.

3. Двигатель по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что указанный привод представляет собой пьезоэлектрический привод.

4. Двигатель по п. 3, отличающийся тем, что указанный пьезоэлектрический привод представляет собой ультразвуковой мотор.

5. Двигатель по п. 1 или 2, отличающийся тем, что внутренняя и внешняя стенки (3, 4) выполнены из керамического материала.

6. Космический аппарат, содержащий по меньшей мере один двигатель (1) на эффекте Холла по п. 1 или 2.

7. Способ регулирования тяги двигателя (1) на эффекте Холла по п. 1 или 2, в котором:

поток газообразного рабочего тела, инжектируемого контуром (11) в кольцевой канал (2), и/или электрическое напряжение между указанными анодом (9) и катодом (19) изменяют в зависимости от требуемой величины тяги;

положение подвижной стенки (3, 4) настраивают так, чтобы изменить поперечное сечение нижнего по потоку края кольцевого канала (2) в соответствии с указанными изменяемыми значениями потока и/или напряжения, чтобы тем самым поддерживать плотность плазмы на нижнем по потоку крае кольцевого канала (2) в пределах заранее заданного диапазона.



 

Похожие патенты:

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 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.

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.

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.

Система (300, 400) и способы (500) испытания реактивного двигателя (100) малой тяги в вакуумной среде. Способы включают в себя: помещение реактивного двигателя малой тяги в вакуумную камеру, которая, по меньшей мере частично, заземлена; удаление из вакуумной камеры по меньшей мере одного газа для обеспечивания вакуумной среды; запуск реактивного двигателя малой тяги с целью создания пучка электронов; и/или электроизолирование электронов пучка от, по меньшей мере, одной электропроводящей поверхности вакуумной камеры. Электроизоляция может быть достигнута путем приложения к пучку электрического напряжения смещения с помощью электрода. Электрод может содержать электропроводящий объект, расположенный в вакуумной камере, и/или, по меньшей мере, часть стенки вакуумной камеры. Во всех случаях электрод электрически изолирован от той части вакуумной камеры, которая заземлена. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к ракетной технике и предназначено для создания импульсных ракетных двигателей систем ориентации космических аппаратов и старта с поверхности и посадки на планеты с малой гравитацией, например Луну. Импульсный детонационный ракетный двигатель, в котором система подачи и поджига выполнена в виде прозрачной диэлектрической трубки, заполненной инертным газом, на торцах которой установлены анод и катод, а рабочее тело выполнено в виде цилиндрического усеченного конуса из светопоглощающего материала, обращенного широким основанием в сторону к сверхзвуковому соплу. При этом диэлектрическая прозрачная трубка установлена по оси симметрии цилиндрического усеченного конуса. Изобретение позволяет облегчить инициирование разряда, увеличить скорость истечения рабочего тела и увеличить долю сжигаемого рабочего тела, что приводит к получению сверхзвуковых скоростей на выходе из сопла, а также к упрощению системы поджига и подачи рабочего тела. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области двигателей на эффекте Холла и, в частности, к двигателю, в кольцевом канале 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.

Наверх