Система хранения и подачи иода

Изобретение относится к области электроракетных двигателей, в частности к системе хранения и подачи рабочего тела. В системе хранения и подачи иода, содержащей сообщенную с электроракетным двигателем трубопроводом, включающим клапан и нагреватели, цилиндрическую емкость с иодом, со стороны, противоположной трубопроводу, снабженную загрузочным фланцем и подпружиненным относительно него поршнем, контактирующим с другой стороны с кристаллическим иодом. Цилиндрическая емкость, со стороны трубопровода, содержит нагреватель и ресивер, при этом нагреватель установлен в полостях непересекающихся трубок, герметично вмонтированных в цилиндрическую поверхность емкости и размещенных по крайней мере в одной плоскости, перпендикулярной оси цилиндрической емкости, к наружным стенкам трубок, со стороны цилиндрической емкости, прикреплена металлическая сетка, при этом ресивер образован днищем цилиндрической емкости, со стороны трубопровода, и наружными стенками трубок с металлической сеткой, наружная цилиндрическая поверхность емкости между трубками и поршнем снабжена тепловым экраном и резьбой. Техническим результатом изобретения является увеличение КПД системы хранения и подачи рабочего тела. 2 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области электроракетных двигателей (ЭРД), в частности к системам хранения и подачи в них рабочего тела.

Конструкция системы хранения и подачи рабочего тела (СХП РТ) в стационарные ЭРД зависит от того, в каком состоянии это рабочее тело хранится. Например, инертный газ ксенон, как правило, хранится в газообразном состоянии при высоком давлении. При этом СХП РТ содержит баллон высокого давления, ресивер, теплообменник, клапаны, редуктор, датчики давления и температуры [Островский В.Г., Сухов Ю.И. «Разработка, создание и эксплуатация ЭРД и ЭРДУ в ОКБ-1 - ЦКБЭМ - НПО «Энергия» - РКК «Энергия» (1958-2011)» Ракетно-космическая техника. Труды РКК "Энергия". Сер. ХII. Вып. 3-4, 2011 г. С. 119-120].

Ввиду небольшой плотности газа и большого количества арматуры недостатком такой СХП РТ является ее большая масса и габариты.

Другим аналогом предполагаемого изобретения является электроракетная двигательная установка (ЭРДУ) [(«Электроракетная двигательная установка и способ ее эксплуатации», патент RU 2308610, МПК: F03H 1/00 (2006.01), опубл. 20.10.2007)], более 90% рабочего тела которой составляет иод. В этой ЭРДУ СХП выполнена в виде содержащей иод емкости, снабженной нагревателем и соединенной трубопроводом с анодом ЭРД.

К недостаткам аналога относятся большие потери энергии для испарения всей массы иода в емкости, которая может составлять сотни килограмм. Кроме того, при работе в космосе при микрогравитации иод будет перемещаться по объему емкости, не прижимаясь к ее стенкам. При этом передача тепла от нагревателя будет происходить излучением, значительно снизив свою эффективность, т.е. КПД.

В системе хранения и подачи иода, принятой за прототип, [«Система хранения и подачи иода» патент RU, №2557789 МПК: F03H 1/00 (2006.01), F02K 99/00 (2009.01) опубл. 27.07.2015], содержащей снабженную нагревателем цилиндрическую емкость с иодом, которая сообщена с электроракетным двигателем трубопроводом с клапаном, на днище внутри цилиндрической емкости со стороны трубопровода установлена пористая шайба, контактирующая с кристаллическим иодом, причем цилиндрическая емкость со стороны, противоположной трубопроводу, содержит фланец и подпружиненный относительно него поршень, контактирующий с другой стороны с кристаллическим иодом, при этом нагреватель снабжен электрической изоляцией, контактирующей снаружи с днищем емкости со стороны трубопровода.

К недостаткам прототипа можно отнести отсутствие ресивера, что приводило к значительным колебаниям расхода иода, и большое удаление зоны испарения иода от нагревателя, что приводило к его перегреву и непроизводительному повышению мощности нагревателя.

Задачей предлагаемого изобретения является увеличение КПД СХП иода при работе ЭРДУ в космическом пространстве и повышение стабильности расхода иода.

Техническим результатом изобретения является то, что можно увеличить КПД СХП за счет подвода тепла непосредственно в зону испарения иода, а также значительно повысить стабильность расхода иода в ЭРД за счет введения ресивера, расположенного непосредственно за зоной испарения иода.

Технический результат достигается тем, что в системе хранения и подачи иода, содержащей сообщенную с электроракетным двигателем трубопроводом, включающим клапан и нагреватели, цилиндрическую емкость с иодом со стороны, противоположной трубопроводу, снабженную загрузочным фланцем и подпружиненным относительно него поршнем, контактирующим с другой стороны с кристаллическим иодом, цилиндрическая емкость, со стороны трубопровода, содержит дополнительный нагреватель и ресивер, при этом дополнительный нагреватель установлен в полостях непересекающихся трубок, герметично вмонтированных в цилиндрическую поверхность емкости и размещенных, по крайней мере, в одной плоскости, перпендикулярной оси цилиндрической емкости, причем к наружным стенкам трубок, со стороны цилиндрической емкости, заполненной иодом, прикреплена металлическая сетка, при этом ресивер образован днищем цилиндрической емкости, со стороны трубопровода, и наружными стенками трубок с металлической сеткой, причем наружная цилиндрическая поверхность емкости между трубками и поршнем снабжена тепловым экраном и резьбой.

Сущность изобретения заключается в том, что зона испарения иода в цилиндрической емкости максимально приближена к поверхности испаряемого иода, увеличивая КПД системы, а расположенный за ней ресивер сглаживает колебания расхода иода в двигатель, при этом наружная цилиндрическая поверхность емкости между трубками и поршнем, снабженная тепловым экраном и резьбой, позволяет поддерживать основную массу иода в твердом состоянии.

Сущность изобретения поясняется чертежами (фиг. 1, фиг. 2).

На фиг. 1 представлен общий вид СХП иода, которая состоит из цилиндрической емкости 1 с днищем 2, герметично соединенным трубопроводом 3, снабженным клапаном 4, с электроракетным двигателем. Цилиндрическая емкость 1 со стороны, противоположной трубопроводу 3, содержит загрузочный фланец 5 и подпружиненный относительно него пружиной 6 составной поршень 7. Фторопластовый поршень 8, имеющий центральное отверстие, плотно зажат между герметично соединенным со шпилькой 9 диском 10 и стаканом 12 гайкой 11, образуя составной поршень 7. Шпилька 9 служит также для того, чтобы после работы СХП на нее навинтить ручку, с помощью которой можно вытянуть из цилиндрической емкости 1 составной поршень 7 для последующей загрузки порции иода. Диаметр поршня 8 и наружный диаметр стакана 12 выполнены по скользящей посадке с внутренним диаметром цилиндрической емкости 1. При этом стакан 12 составного поршня 7 служит для исключения его перекоса при перемещении в цилиндрической емкости 1 и исключению попадания иода за поршневую зону 13. Для удаления воздуха из поршневой зоны 13 в составном поршне 7 образовано калиброванное отверстие 14. Уменьшению воздушного объема в поршневой зоне 13 к загрузочному фланцу 5 прикреплена вставка 15, обеспечивающая также центровку пружины 6.

Цилиндрическая емкость 1, со стороны трубопровода, содержит дополнительный нагреватель 17 и ресивер 16. При этом дополнительный нагреватель 17 установлен в трубки 18, герметично вмонтированные в цилиндрическую поверхность емкости 1, перпендикулярно ее оси. Причем к стенкам трубок 18, со стороны цилиндрической емкости 1, заполненной кристаллическим иодом 20, прикреплены 1-3 слоя металлической сетки 19, при этом ресивер 16 образован днищем 2 цилиндрической емкости 1 (со стороны трубопровода 3) и стенками трубок 18 с металлической сеткой 19. Цилиндрическая емкость 1, герметизируется с помощью прокладки 21. Причем наружная цилиндрическая поверхность емкости между трубками 18 и составным поршнем 7 снабжена тепловым экраном 22 и резьбой 23, увеличивающим поверхность сброса тепла, что способствует сохранению основной массы кристаллического иода в твердом состоянии, и испарению иода только на поверхности сетки 19, исключая его испарение в объеме 20 цилиндрической емкости 1. При этом на днище 2 цилиндрической емкости 1 установлен нагреватель 24 в изоляторе 25.

СХП иода работает следующим образом.

В цилиндрической емкости 1 демонтируют загрузочный фланец 5 с вставкой 15, пружину 6 и составной поршень 7. Засыпают кристаллический иод в полость 20 цилиндрической емкости 1, и вставляют пружину 6 и составной поршень 7. Надавливая загрузочным фланцем 5, сжимают пружину 6 и прокладку 21. Герметизируют цилиндрическую емкость 1 с помощью прокладки 21, и закрепляют на ней загрузочный фланец 5. Герметично соединяют цилиндрическую емкость 1 через трубопровод 3 и клапан 4 с электроракетным двигателем (ЭРД), расположенным в вакуумной камере (на фиг. 1 не показаны). Откачивают воздух из вакуумной камеры и затем, открыв клапан 4 цилиндрической емкости 1, из полостей поршневой зоны 13, ресивера 16 и полости, содержащей кристаллический иод 20. После чего закрывают клапан 4 и включают дополнительный нагреватель 17 и нагреватель 24. Нагревают днище 2 (до температуры 85-90°С), трубку 3, клапан 4, а также стенки трубки 18 с металлической сеткой 19 и прилегающий к ней слой иода до температуры, не превышающей (100-110)°С. При этом происходит испарение слоя кристаллического иода 20, примыкающего к металлической сетке 19, и заполнение паром иода объема ресивера 16. Открывают клапан 4, при этом пар иода через клапан 4 поступает в трубопровод 3 и затем в электроракетный двигатель. По мере уменьшения объема кристаллического иода 20 под действием пружины 6 происходит перемещение составного поршня 7, прижимающего иод 6 к поверхности металлической сетки 19, заполняя объем ресивера 16 и стабилизируя режим испарения иода. При этом управлять расходом иода можно, изменяя мощность дополнительного нагревателя 17, что приводит к изменению температуры сетки 19 в зоне испарения иода в зависимости от тока разряда ЭРД.

Таким образом, сохранив преимущества прототипа: подача иода при любом расположении цилиндрической емкости 1 в условиях гравитации и микрогравитации и повышение КПД за счет расхода энергии только на испарение небольшого слоя иода, а не всего иода, масса которого может составлять сотни килограмм, можно увеличить КПД СХП за счет подвода тепла непосредственно в зону испарения иода, а также значительно повысить стабильность расхода иода в ЭРД за счет введения ресивера, расположенного непосредственно за зоной испарения иода.

Система хранения и подачи иода, содержащая сообщенную с электроракетным двигателем трубопроводом, включающим клапан и нагреватели, цилиндрическую емкость с иодом, со стороны, противоположной трубопроводу, снабженную загрузочным фланцем и подпружиненным относительно него поршнем, контактирующим с другой стороны с кристаллическим иодом, отличающаяся тем, что цилиндрическая емкость, со стороны трубопровода, содержит дополнительный нагреватель и ресивер, при этом дополнительный нагреватель установлен в полостях непересекающихся трубок, герметично вмонтированных в цилиндрическую поверхность емкости и размещенных по крайней мере в одной плоскости, перпендикулярной оси цилиндрической емкости, причем к наружным стенкам трубок, со стороны цилиндрической емкости, заполненной иодом, прикреплена металлическая сетка, при этом ресивер образован днищем цилиндрической емкости, со стороны трубопровода, и наружными стенками трубок с металлической сеткой, причем наружная цилиндрическая поверхность емкости между трубками и поршнем снабжена тепловым экраном и резьбой.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к исследованию и эксплуатации электроракетных стационарных плазменных двигателей. В способе, включающем запуск двигателя, сравнение измеренных значений разрядного тока с верхним допустимым его значением, и в случае превышения предельного значения выключение двигателя с последующим его запуском.

Группа изобретений относится к управлению вектором тяги плазменных двигателей. Устройство содержит закреплённые на корпусе плазменного двигателя в зоне за срезом его выходного канала две или четыре прямоугольной формы рамочных магнитных катушки, расположенных открытыми частями рамок напротив друг друга.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Предлагаемое изобретение относится к области электроракетных двигательных установок (ЭРДУ) и может быть использовано в системах хранения и подачи рабочего тела ЭРДУ.

Изобретение относится к области электроракетных двигателей, в частности к системе хранения и подачи рабочего тела. В системе хранения и подачи иода, содержащей сообщенную с электроракетным двигателем трубопроводом, включающим клапан и нагреватели, цилиндрическую емкость с иодом, со стороны, противоположной трубопроводу, снабженную загрузочным фланцем и подпружиненным относительно него поршнем, контактирующим с другой стороны с кристаллическим иодом. Цилиндрическая емкость, со стороны трубопровода, содержит нагреватель и ресивер, при этом нагреватель установлен в полостях непересекающихся трубок, герметично вмонтированных в цилиндрическую поверхность емкости и размещенных по крайней мере в одной плоскости, перпендикулярной оси цилиндрической емкости, к наружным стенкам трубок, со стороны цилиндрической емкости, прикреплена металлическая сетка, при этом ресивер образован днищем цилиндрической емкости, со стороны трубопровода, и наружными стенками трубок с металлической сеткой, наружная цилиндрическая поверхность емкости между трубками и поршнем снабжена тепловым экраном и резьбой. Техническим результатом изобретения является увеличение КПД системы хранения и подачи рабочего тела. 2 ил.

Наверх