ЭЛЕКТРОРАКЕТНАЯ ДВИГАТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2003 года по МПК F03H1/00 

Изобретение относится к космическим технологиям, а точнее к системам электроракетных двигательных установок космических аппаратов на базе стационарных плазменных двигателей.

Известна двигательная установка, содержащая стационарные плазменные двигатели, систему хранения и подачи рабочего тела, систему питания и управления, кабельную сеть и сеть трубопроводов [1]. Система хранения и подачи рабочего тела содержит баки рабочего тела, соединенные с ресивером через клапан-регулятор и жиклер. Для обеспечения оптимального режима работы стационарных плазменных двигателей в ресивере поддерживается давление в заданных пределах с помощью датчика давления, сигнал с которого подается в систему управления, которая управляет работой клапана-регулятора.

Недостатком такой двигательной установки является низкая надежность, определяемая выходом из строя датчика давления.

Известна принятая за прототип двигательная установка, содержащая стационарные плазменные двигатели, систему хранения и подачи, систему преобразования и управления, кабельную сеть и сеть трубопроводов [2]. Система хранения и подачи содержит баки рабочего тела, соединенные с ресивером через управляющий клапан-регулятор и жиклер. В ресивере поддерживается давление в заданных пределах с помощью датчиков давления, сигнал с которых подается на усилитель-регулятор давления. С выхода усилителя-регулятора давления сигнал подается на управляющий клапан-регулятор. При снижении давления в ресивере ниже нижнего допустимого предела клапан-регулятор открывается и осуществляется напуск газа до повышения его давления в ресивере до верхнего допустимого предела.

Однако датчики давления имеют значительные вариации выходных тарировочных характеристик и, как следствие, дают разные показания при одинаковых значениях давления в их полости. Выходная тарировочная характеристика представляет собой зависимость выходного относительного сопротивления R_отн (см. формулу (1)) от давления.

где R_вых, R_n, соответственно, значения выходного и полного сопротивления потенциометра датчика давления.

Поэтому требуется этап обязательной индивидуальной для каждой системы питания и управления настройки усилителя-регулятора давления на работу с конкретными датчиками давления, комплектующими блок подачи данной двигательной установки.

При создании изобретения решалась задача обеспечения унификации системы питания и управления и блока подачи рабочего тела, обеспечения взаимозаменяемости блоков и, как следствие, сокращения сроков изготовления двигательной установки.

Поставленная задача решена за счет того, что в известной электроракетной двигательной установке, содержащей систему хранения рабочего тела, блок подачи рабочего тела, состоящий из ресивера, управляющего клапана и датчиков давления потенциометрического типа, систему питания и управления, включающую усилитель-регулятор давления, и не менее одного стационарного плазменного двигателя, причем выходы датчиков давления соединены с входом усилителя-регулятора давления, а выход усилителя-регулятора давления соединен с входом управляющего клапана, согласно изобретения, в "+" цепи электропитания каждого датчика давления установлен добавочный резистор, сопротивление которого выбрано из условия обеспечения равенства:

где R_{отн.зад}, % - заданное выходное относительное сопротивление;
R_вых1, R_вых2, R_вых3 - сопротивление между средней точкой и "-" цепи электропитания соответствующего датчика давления;
R_n1, R_п2, R_n3 - сопротивление потенциометра соответствующего датчика;
R_доб1, R_доб2, R_доб3 - сопротивление добавочного резистора соответствующего датчика давления.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показана функциональная схема двигательной установки, на фиг.2 приведена электрическая схема датчика давления.

Электроракетная двигательная установка (ЭРДУ) содержит систему хранения рабочего тела (СХ) 1, блок подачи рабочего тела (БП) 2, систему питания и управления (СПУ) 3 и стационарный плазменный двигатель (СПД) 4. В свою очередь, СХ 1 состоит из бака 5 с рабочим телом, БП 2 состоит из ресивера 6, механического редуктора 7, трех датчиков давления (ДД) 8 потенциометрического типа и управляющего электромагнитного клапана (ЭМК) 9, а СПУ 3 включает в себя усилитель-регулятор давления (УРД) 10. Выходы датчиков давления 8 соединены со входом УРД 10. В "+" цепи электропитания каждого датчика давления 8 установлен добавочный резистор 11, причем выходы с потенциометров 12 соединены со входом УРД 10, а выход УРД 10 соединен со входом ЭМК 9, СХ 1, БП 2 и СПД 4 соединены между собой магистралями подачи рабочего тела 13.

Выходные тарировочные характеристики всех ДД 8 приведены к одинаковому значению за счет подбора сопротивления добавочного резистора 11 для каждого ДД 8, которое определяется исходя из равенства (2).

ЭРДУ работает следующим образом.

От СХ 1 рабочее тело подается по магистрали 13 на механический редуктор 7, который понижает давление рабочего тела до заданного значения, и далее в ресивер 6 и СПД 4. При взаимодействии рабочего тела с чувствительными элементами 3-х датчиков давления 8 изменяются сопротивления R_вых (фиг.2) этих датчиков и, соответственно, уровни напряжений, снимаемые с датчиков. Сформированные сигналы с датчиков подаются на вход УРД 10. При совпадении показаний, как минимум двух датчиков давления 8 УРД 10, вырабатывает сигнал, по которому коммутируется цепь питания ЭМК 9, т.е. при заданных значениях давления УРД 10 открывает или закрывает клапан ЭМК 9, поддерживая давление в ресивере 6 и на входе в СПД 4 в заданных пределах.

Источники информации
1. Стационарные плазменные двигатели: Учеб. пособие/Белан Н.В., Ким В.П. , Оранский А. И., Тихонов В.Б. - Харьков: Харьк. авиац. ин-т, 1989, с.285, рис.8.4.

2. То же, с.289, рис.8.6, с. 290.

Изобретение предназначено для использования в области космических технологий, а точнее в системах электроракетных двигательных установок космических аппаратов на базе стационарных плазменных двигателей. Электроракетная двигательная установка, содержит систему хранения рабочего тела 1, блок подачи рабочего тела 2, состоящий из ресивера 6, управляющего клапана 9 и датчиков давления потенциометрического типа 8, систему питания и управления 3, включающую усилитель-регулятор давления 10, и не менее одного стационарного плазменного двигателя 4, причем выходы датчиков давления 8 соединены с входом усилителя-регулятора давления 10, а выход усилителя-регулятора давления 10 соединен с входом управляющего клапана 9, а в "+" цепи электропитания каждого датчика давления 8 установлен добавочный резистор 12, сопротивление которого выбрано из условия обеспечения равенства

где R_{отн.зад}, % - заданное выходное относительное сопротивление; R_вых1, R_вых2, R_вых3 - сопротивление между средней точкой и "-" цепи электропитания соответствующего датчика давления; R_п1, R_п2, R_п3 - сопротивление потенциометра соответствующего датчика; R_доб1, R_доб2, R_доб3 - сопротивление добавочного резистора соответствующего датчика давления. Изобретение позволяет достичь обеспечения унификации системы питания и управления и блока подачи рабочего тела, обеспечения взаимозаменяемости блоков и, как следствие, сокращения сроков изготовления двигателя установки. 2 ил.

Электроракетная двигательная установка, содержащая систему хранения рабочего тела, блок подачи рабочего тела, состоящий из ресивера, управляющего клапана и датчиков давления потенциометрического типа, систему питания и управления, включающую усилитель-регулятор давления, и не менее одного стационарного плазменного двигателя, причем выходы датчиков давления соединены с входом усилителя-регулятора давления, а выход усилителя-регулятора давления соединен с входом управляющего клапана, отличающаяся тем, что в "+" цепи электропитания каждого датчика давления установлен добавочный резистор, сопротивление которого выбрано из условия обеспечения равенства

где R_{отн.зад.}, % - заданное выходное относительное сопротивление;
R_вых1, R_вых2, R_вых3 - сопротивление между средней точкой и "-" цепи электропитания соответствующего датчика давления;
R_п1, R_п2, R_п3 - сопротивление потенциометра соответствующего датчика;
R_доб1, R_доб2, R_доб3 - сопротивление добавочного резистора соответствующего датчика давления.