СТАЦИОНАРНЫЙ ПЛАЗМЕННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1994 года по МПК F03H1/00 H05H1/54 

Изобретение относится к космической технике, в частности к электрореактивным двигательным установкам (ЭРДУ) на базе стационарных плазменных двигателей (СПД) для КА, и может быть использовано при создании ЭРДУ с повышенным ресурсом и надежностью.

Известны СПД, содержащие анод, катод-компенсатор, поджигной электрод, разрядную цепь с последовательно включенными в нее катушками, недостатком которых являются недостаточные ресурс и надежность работы из-за наличия непредсказуемых аномальных выбросов разрядного тока.

Известны СПД (1), в которых для улучшения характеристик и повышения надежности параллельно разрядному промежутку подключен конденсатор, а источник разрядного напряжения имеет повышенные перегрузочные возможности, но это не избавляет также СПД от вышеназванных недостатков.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является СПД (2), содержащий анод, катод-компенсатор, поджигной электрод, источник разрядного напряжения, блок управления, катушки намагничивания, последовательно включенные в разрядную цепь, конденсатор, подключенный параллельно разрядному промежутку.

Недостатком прототипа также являются недостаточные ресурс и надежность работы. Указанные недостатки следуют из того, что в прототипе не обеспечиваются режимы ограничения аномальных непредсказуемых выбросов разрядного тока, а при перегрузках выполняются аварийные отключения.

В известном СПД, содержащем анод, установленный в канале разрядной камеры, катод-компенсатор и поджигной электрод, подключенные через разрядную цепь к источнику напряжения, блок управления, магнитную систему с электромагнитными катушками намагничивания, электрически соединенными последовательно, датчик тока в разрядной цепи и конденсатор, включенный в разрядную цепь параллельно разрядному промежутку, дополнительно введены модулятор, блок-коммутатор и диод, при этом входы модулятора соединены с выходами блока управления и датчика тока, а выход - с управляющим входом блок-коммутатора, силовой вход которого подключен к отрицательному полюсу источника разрядного напряжения, причем токовый вход датчика тока соединен с силовым выходом блок-коммутатора, токовый выход датчика - с катушками намагничивания, включенными в разрядную цепь, а диод включен в разрядную цепь в обратной полярности между положительным полюсом источника разрядного напряжения и участком цепи, соединяющим блок-коммутатор и датчик тока.

Кроме того, заявленный СПД дополнительно снабжен вспомогательной электромагнитной катушкой намагничивания, магнитосвязанной с основными катушками намагничивания, при этом один вывод вспомогательной магнитной катушки соединен с катодом-компенсатором, а второй - с поджигным электродом.

На чертеже представлена структурная схема заявляемого СПД.

Устройство содержит анод 1, катод-компенсатор 2, поджигной электрод 3, разрядную цепь 7, диод 12, источник разрядного напряжения 4, блок управления 5, катушки намагничивания 6 и вспомогательную магнитную катушку 13, модулятор 9, блок-коммутатор 10, датчик тока 11, а также конденсатор 8, подключенный параллельно разрядному промежутку.

Работает предложенный СПД следующим образом.

По внешней команде на запуск СПД блок управления 5 подает включающий сигнал на модулятор 9, который через блок-коммутатор 10 коммутирует разрядную цепь 7. С этого момента блок-коммутатор 10, магнитные катушки 6, диод 12, конденсатор 8, начинают работать в режиме и в качестве элементов импульсного стабилизатора напряжения источника 4, а на разрядном промежутке устанавливается требуемое разрядное напряжение. Наводимое в катушке 6 переменное напряжение, повышенное вспомогательной катушкой 13 за счет автотрансформаторной связи, до требуемого уровня (например, 500. . . 600 В для безнакального катода) подается на поджигной электрод 3. Подачей расхода осуществляется запуск двигателя. После появления сигнала определенного уровня с датчика тока 11, соответствующего начальному току разряда, блок управления 5 через модулятор 9 переводит блок-коммутатор 10 в режим постоянного включения и в разрядной цепи 7 устанавливается номинальный ток двигателя, определяемый расходом. В таком режиме двигатель может находиться длительное время. Одновременно с установлением номинального тока блок управления 5 переводит модулятор 9 в режим двухпорогового управления блок-коммутатором 10 по сигналам с датчика тока 11 (например, верхний порог 1,2 I_ном, в разрядной цепи 7 аномальных выбросов тока уровнем более 1,2 I_ном, модулятор 9 через блок-коммутатор 10 будет размыкать цепь разряда 7, а при снижении тока разряда (т. е. тока в цепи катушки намагничивания 6, обеспечиваемого диодом 12) ниже уровня 0,6 I_ном, ее замыкать. На протяжении времени существования аномалии блок-коммутатор 10, управляемый модулятором 9, будет коммутировать цепь разряда 7 с частотой, определяемой величиной аномалии, параметрами элементов разрядной цепи и уровнями порогов. Пульсации тока разряда двигателя в таком режиме как показывают исследования могут не превышать 5. . . 10% при индуктивности катушки 6. . . 10 мГн и емкости 10 мкФ. После исчезновения аномалии устанавливается номинальный ток разряда, при котором блок-коммутатор 10 находится в режиме постоянного включения.

(56) Глибицкий М. М. Системы питания и управления электрическими ракетными двигателями. М. : Машиностроение, 1981, с. 27-29, рис. 26.

Гришин С. Д. и др. Плазменные ускорители. М. : Машиностроение, 1983, с. 167, 168.

Использование: космическая техника, электрореактивные двигательные установки на базе стационарных плазменных двигателей. Сущность изобретения: стационарный плазменный двигатель содержит анод, катод-компенсатор, поджигной электрод, источник разрядного напряжения, блок управления, катушки намагничивания, последовательно включенные в разрядную цепь, конденсатор, подключенный параллельно разрядному промежутку, блок-коммутатор и датчик тока, включенные последовательно в разрядную цепь на участке между минусом источника питания и началом магнитных катушек. Модулятор по сигналам датчика тока управляет блоком-коммутатором. Диод включен в обратной полярности между плюсовой цепью источника и цепью, соединяющей блок-коммутатор и датчик тока. Вспомогательная магнитная катушка магнитосвязана с катушками намагничивания и соединена одним выводом с катодом-компенсатором, а вторым - поджигным электродом. Введение блок-коммутатора, датчика тока, модулятора, диода и вспомогательной магнитной катушки с указанными связями позволяет ограничить аномальные выбросы разрядного тока в системе электропитания и регулировать тягу плазменного двигателя. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. СТАЦИОНАРНЫЙ ПЛАЗМЕННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержащий анод, установленный в канале разрядной камеры, катод-компенсатор и поджигной электрод, подключенные через разрядную цепь к источнику напряжения, блок управления, магнитную систему с электромагнитными катушками намагничивания, электрически соединенными последовательно, датчик тока в разрядной цепи и конденсатор, включенный в разрядную цепь параллельно разрядному промежутку, отличающийся тем, что двигатель дополнительно содержит модулятор, блок-коммутатор и диод, при этом входы модулятора соединены с выходами блока управления и датчика тока, а выход - с управляющим входом блока-коммутатора, силовой вход которого подключен к отрицательному полюсу источника напряжения, причем токовый вход датчика тока соединен с силовым выходом блока-коммутатора, токовый выход датчика - с катушками намагничивания, включенными в разрядную цепь, а диод включен в разрядную цепь в обратной полярности между положительным полюсом источника напряжения и участком цепи, соединяющим блок -коммутатор и датчик тока. 2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен вспомогательной электромагнитной катушкой намагничивания, магнитосвязанной с основными катушками намагничивания, при этом один вывод вспомогательной катушки соединен с катодом-компенсатором, а второй - с поджигным электродом.