СОЛНЕЧНЫЙ ТЕПЛОВОЙ РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1995 года по МПК F03G6/00 

Изобретение относится к использованию солнечной энергии для обеспечения движения космических аппаратов (КА) и может быть использовано для создания космической двигательной установки.

Известна солнечная тепловая ракетная двигательная установка (СТРДУ), обеспечивающая движение КА за счет нагрева до высокой температуры рабочего тела (газа), тепловая энергия которого преобразуется в кинетическую энергию истекающей струи в реактивном сопле двигателя. Такая установка содержит бак с рабочим телом, систему подачи рабочего тела, концентратор, приемник излучения, сопло двигателя.

Однако такой двигатель имеет следующие недостатки: узлы конструкции функционально развязаны и не могут быть расположены достаточно компактно; оси симметрии концентратора, приемника излучения и сопла двигателя не совпадают; требуется точная ориентация концентратора.

Известна также СТРДУ, выбранная в качестве прототипа и состоящая из концентратора, приемника излучения, бака с рабочим телом, системы подачи рабочего тела, сопла двигателя, системы наведения на Солнце и системы ориентации КА, при этом бак соединен с приемником излучения посредством специальной мачты и стрелы, закрепленной в цапфах в центральной части концентратора, выполненного в форме сферического баллона. Приемник излучения расположен на конце стрелы в фокусе концентратора и его постоянное положение в фокусе сохраняется с помощью специальной системы наведения. При работе СТРДУ рабочее тело из бака турбонасосным агрегатом подается в приемник излучения, а затем противотоком внутри стрелы подогретый газ через отдельный трубопровод отводится в сопло двигателя и в двигатели системы ориентации КА.

Рассмотренная установка обладает теми недостатками, что несоосное с концентратором расположение основных узлов не позволяет выполнить конструкцию достаточно компактно, тем более, что такая схема установки достаточно сложная.

Целью изобретения является улучшение компоновки конструкции для уменьшения ее габаритов и массы.

Поставленная цель достигается тем, что в солнечном тепловом ракетном двигателе, содержащем концентратор, приемник излучения, бак с рабочим телом, систему подачи рабочего тела и сопло двигателя, приемник излучения выполнен в виде двух концентрических трубок и расположен внутри концентратора вдоль продольной оси симметрии последнего, при этом во внутренней трубке приемника излучения выполнено входное отверстие со стороны бака с рабочим телом, а выходное отверстие внешней трубки выведено за критическое сечение сопла двигателя, являющегося одновременно частью концентратора.

На фиг.1 изображен предлагаемый двигатель; на фиг.2 - узел I на фиг.1; на фиг.2 - узел II на фиг.1.

Солнечный тепловой ракетный двигатель содержит концентратор 1, приемник излучения, состоящий из внешней трубки 2 и расположенной внутри нее внутренней трубки 3. Внутренняя трубка 3 одним концом (входным) соединена через клапан 4 и регулятором 5 подачи рабочего тела с баком 6 с рабочим телом. На другом конце внутренней трубки 3 имеется выходное отверстие, сообщающееся с внешней трубкой 2. В свою очередь, внешняя трубка 2 имеет выходное отверстие, вынесенное за критическое сечение сопла двигателя, присоединенного к концентратору 1 в его узкой части.

При ориентации двигателя на Солнце концентратор 1 обеспечивает максимальный нагрев трубок 2 и 3 приемника излучения. При открытии клапана 4 рабочее тело вытесняется избыточным давлением, определяемым регулятором 5 подачи, из бака 6 и поступает по внутренней трубке 3 к ее выходному отверстию (см. фиг.2), при этом рабочее тело уже нагревается за счет теплопередачи от концентрически расположенной нагретой внешней трубки 2.

Поступающее через выходное отверстие внутренней трубки 3 нагретое рабочее тело движется во внешней трубке 2 к ее выходному отверстию, расположенному за критическим сечением, все более нагреваясь, за счет чего его кинетическая энергия увеличивается (см. фиг.3). Нагретый до максимальной температуры газ поступает в сопло 7 двигателя (см. фиг.3) и истекает, создавая необходимую для движения КА ракетную тягу.

Выполнение приемника излучения внутри концентратора по его продольной оси симметрии, что практически невозможно выполнить в схеме, принятой за прототип, в виде двух концентрических трубок, при этом внутренняя трубка имеет выходное отверстие к системе подачи к баку с рабочим телом, также расположенных по оси симметрии концентратора, а внешняя трубка имеет выходное отверстие непосредственно в сопло двигателя, являющееся частью концентратора и присоединенное к нему в его узкой части, (в прототипе сопло двигателя и концентратор конструктивно разнесены), что позволяет выполнить поставленную задачу - улучшить компоновку: расположить узлы двигателя таким образом, создавая конструкцию с минимальными габаритами и, следовательно, массой с обеспечением всех функций, выполняемых двигателем.

Использование: в двигательной установке для обеспечения движения космических аппаратов. Сущность: солнечный тепловой ракетный двигатель содержит приемник излучения в виде двух концентрических трубок 2 и 3, концентратор 1 с продольной осью симметрии, форма которого обеспечивает фокусировку солнечного излучения по всей длине внешней трубки 2 приемника излучения. Нагретое в приемнике излучения рабочее тело поступает в сопло 7. 3 ил.

СОЛНЕЧНЫЙ ТЕПЛОВОЙ РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержащий концентратор, приемник излучения, бак с рабочим телом, систему подачи рабочего тела и сопло двигателя, отличающийся тем, что, с целью улучшения компоновки, приемник излучения выполнен в виде двух концентрических трубок, расположенных внутри концентратора вдоль его продольной оси симметрии, при этом входное отверстие внутренней трубки расположено со стороны бака, а ее выходное отверстие - за критическим сечением сопла, являющегося частью концентратора.