ЭЛЕКТРОРЕАКТИВНАЯ ДВИГАТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1994 года по МПК F03H1/00 H05H1/54 

Изобретение относится к космической технике, в частности к электрореактивным двигательным установкам (ЭРДУ) на базе плазменного двигателя (ПД) для КА, и может быть использовано для создания ЭРДУ с повышенной надежностью.

Известны ЭРДУ на базе СПД, содержащие стационарный плазменный двигатель и систему электропитания и защиты [1].

Недостатком данных установок является наличие аномальных (превышающих допустимый уровень) выбросов разрядного тока СПД при работе. Длительность этих выбросов - от единиц миллисекунд до единиц секунд. Причиной этих аномальных выбросов могут быть пульсации и неустойчивость в плазме, газовые привязки, загрязнение камеры двигателя и т.п.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является ЭРДУ, описанная в [2]. ЭРДУ содержит СПД, систему электропитания и управления, в свою очередь состоящую из устройства преобразования напряжения и устройства управления и защиты, характеристики которого выбраны с учетом аномальных выбросов разрядного тока СПД.

Недостатком этой ЭРДУ так же как и в аналогах является полное откючение (по КЭП) в случае появления любого аномального выброса тока на уровне 1,5.. . 2 ном длительностью более 20 мс и с связанная с этим необходимость повторного включения. Вышеуказанный недостаток снижает надежность ЭРДУ и создает неудобства в эксплуатации.

При создании изобретения решалась задача повышения надежности установки за счет обеспечения безостановочного режима ЭРДУ при возникновении аномальных выбросов тока.

Цель достигается за счет того, что в ЭРДУ, содержащую плазменный двигатель, например СПД, систему подачи рабочего тела, систему электропитания и управления (СПУ), состоящую из устройства преобразования напряжения, содержащего задающий генератор, инвертор и высоковольтный выпрямитель анодного напряжения, устройства управления и защиты, содержащего датчик тока разряда и блок защиты и управления инвертором, введено устройство повторного включения и формирования паузы инвертора, состоящее из генератора линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН), входами соединенного с датчиком тока разряда и первым выходом блока защиты и управления инвертором, а выходом - с блоком совпадения, второй вход которого соединен с вторым выходом блока защиты и управления инвертором, генератора с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), первым выходом соединенного с первым входом задающего генератора, вторым выходом через блок временной задержки - с вторым входом задающего генератора, а входом соединенного с выходом блока совпадения. Введение в ЭРДУ устройства повторного включения и формирования паузы инвертора с указанными новыми связями позволяет непрерывно контролировать величину и скорость нарастания аномального выброса разрядного тока, преобразовывая ток разряда в пульсирующий с минимальным значением не ниже тока погасания разряда, максимальным - не выше предельно допустимого среднего уровня, и производить автоматическое отключение ЭРДУ только по истечении заданной выдержки времени, достаточной для установления факта невозможности устранения аномалии.

Структурная схема ЭРДУ представлена на фиг. 1; на фиг. 2 приведена циклограмма изменения тока разряда для случая устраняемой аномалии.

ЭРДУ содержит разрядную цепь 1, например, СПД с датчиком 2 тока и высоковольтный выпрямитель 10 анодного напряжения, инвертор 3, управляемый задающим генератором 4. Датчик 2 тока подключен к входу блока 5 защиты и управления инвертором, соединенного одним выходом с блоком 7 сравнения, а другим - с входом генератора 6 ГЛИН, который, в свою очередь, соединен своим выходом с блоком 7 сравнения. Кроме того, датчик 2 тока своим выходом соединен с вторым входом генератора 6 ГЛИН. Блок 7 выходом подключен к входу генератора 8 ШИМ, подключенного к входу блока 9 временной задержки. Блок 9 и генератор 8 ШИМ своими выходами подключены к разным входам задающего генератора 4.

Электрореактивная двигательная установка работает следующим образом. При нормальной работе ЭРДУ уровень сигнала датчика 2 тока недостаточен для срабатывания блока 5 защиты и генератора 6 ГЛИН, генератор 8 ШИМ не формирует паузы в работе задающего генератора 4 и инвертора 3 и подача электрической мощности в разрядную цепь осуществляется непрерывно.

В случае аномального нарастания тока разряда выше уровня 1,5-ном генератор 6 запускается и начинает вырабатывать на выходе линейно нарастающее напряжение. По достижении тока разряда уровня 2 ном срабатывает блок защиты и подает управляющее напряжение на блок 7. Блок 7 пропускает на вход генератора 8 ШИМ напряжение, сформированное генератором 6 ГЛИН, уровень которого зависит от скорости нарастания выброса тока разряда в промежутке от 1,5 до 2 ном, причем чем выше скорость нарастания тока разряда, тем до меньшей величины успевает вырасти напряжение на выходе генератора 6 ГЛИН. Блок 5 защиты с некоторой задержкой после срабатывания производит сброс выходного сигнала генератора 6 ГЛИН и устанавливается в состояние готовности к повторному срабатыванию. Генератор 8 ШИМ, запомнив на своей выходной RC-цепочке величину, поступившую от генератора 6 ГЛИН напряжения, вырабатывает импульсы определенной частоты (скважности), формирующие в работе задающего генератора 4 и инвертора 3 паузы. Подача электрической мощности в разрядную цепь начинает производиться импульсно, ток разряда начинает уменьшаться. По мере разряда конденсатора RC-цепочки генератор 8 ШИМ (изменением частоты скважности) уменьшает длительность пауз в импульсной подаче электрической мощности в разрядную цепь и, если аномалия на устранилась, то разрядный ток опять увеличивается, приводя к срабатыванию блока 5 защиты и повторению описанного ранее процесса, причем, так как генератор 6 ГЛИН отслеживает скорость нарастания тока разряда, то устанавливается частота (скважность) импульсной подачи электрической мощности в разрядную цепь, пропорциональная скорости нарастания аномального выброса тока разряда. Несложно выполнима и обратно пропорциональная зависимость.

Каждое срабатывание блока 5 защиты через блок 7 и 8 поступает в виде импульса напряжения на вход блока 9 временной задержки, который содержит счетчик импульсов и реле времени на выдержку, например десятки секунд.

Счетчик считает поступающие импульсы и при заполнении счетчика (емкость которого в пределах нескольких десятков) блок 9 отключает питание задающего генератора 4, отключая тем самым питание разрядной цепи. Эта ситуация соответствует режиму неустранимой аномалии, и по ее окончании формируется информация о полном неустранимом отказе. В случаях, когда аномалия устраняется в процессе борьбы с ней (см. фиг. 2) и устанавливается номинальный разрядный ток, реле времени блока 9, запустившееся от первого срабатывания блока 5 защиты, по истечении выдержки времени, например 10 с, обнуляет счетчик, предотвращая возможное накапливание импульсов срабатывания защиты за длительное время.

Использование: в космической технике. Изобретение позволяет повысить надежность электрореактивной двигательной установки за счет обеспечения безостановочного режима работы при возникновении аномальных выбросов разрядного тока. Сущность изобретения: электрореактивная двигательная установка содержит разрядную цепь 1 с датчиком 2 тока и высоковольтный выпрямитель 10 анодного напряжения, инвертор 3, управляемый задающим генератором 4. Датчик 2 тока подключен к входу блока 5 защиты и управления инвертором, соединенного одним выходом с блоком 7 сравнения, другим - с входом генератора 6 линейно изменяющегося напряжения, который соединен своим выходом с блоком 7 сравнения. Датчик 2 тока своим выходом соединен с вторым входом генератора 6. Блок 7 сравнения выходом подключен к входу генератора 8 широтно-импульсной модуляции, подключенного к входу блока 9 временной задержки. Блок 9 и генератор 8 своими выходами подключены к разным входам задающего генератора 4. 2 ил.

ЭЛЕКТРОРЕАКТИВНАЯ ДВИГАТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА, содержащая по меньшей мере один плазменный двигатель, систему электропитания и управления, состоящую из устройства преобразования напряжения, в состав которого входят задающий генератор, инвертор и высоковольтный выпрямитель анодного напряжения, и устройства управления и защиты, включающего в себя датчик тока, подключенный к разрядной цепи двигателя, и блок защиты и управления преобразователем, и систему подачи рабочего тела, отличающаяся тем, что система электропитания и управления дополнительно содержит устройство повторного включения и формирования паузы инвертора, в состав которого входят генератор линейно изменяющегося напряжения, входы которого соответственно соединены с выходом датчика тока и первым выходом блока защиты и управления преобразователем, а выход - с входом блока сравнения, второй вход которого соединен с вторым выходом блока защиты и управления преобразователем, и генератор с широтно-импульсной модуляцией, первый выход которого соединен с первым входом задающего генератора, второй выход - с вторым входом задающего генератора через блок временной задержки, состоящий из счетчика импульсов и реле времени, а вход - с выходом блока сравнения.