ИМПУЛЬСНЫЙ ПЛАЗМЕННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2008 года по МПК F03H1/00 

Изобретение относится к области электрических реактивных двигателей (ЭРД) импульсного действия.

Известен импульсный плазменный реактивный двигатель торцевого типа на твердом рабочем теле тефлон (аналог фторопласта 4) [1] с преобладающим электронно-детонационным типом разряда [2] за счет взрывной инжекции электронов с поверхности рабочего тела в сторону анодного электрода. В этих условиях реализуется выход преимущественно ионной компоненты в продуктах истечения при перекрытии разрядом разрядного промежутка и ее последующей нейтрализации на завершающей дуговой фазе разряда. Такой ЭРД, названный по типу основного разряда как электронно-детонационный ракетный двигатель (ЭДРД), позволяет получать на рабочем теле тефлон более высокие удельные параметры за счет значительного уменьшения дуговой фазы разряда. Однако и в таком ЭРД при наработке ресурса зафиксированы неустойчивости разрядных процессов в виде плазменных жгутов (пинчей) с образованием на поверхности рабочего тела каналов (зон) с повышенной проводимостью. Указанное явление ведет к интенсивному местному уносу рабочего тела с данных зон, что приводит к снижению ресурсных характеристик ЭРД, ввиду неравномерности выработки рабочего тела в разрядном промежутке и низкого уровня стабильности выходных характеристик. Кроме того, в силу конструктивной специфики систем хранения и подачи для твердофазного рабочего тела, сформованного преимущественно в виде шашек цилиндрического типа, запасы его на борту ограничены габаритными возможностями ЭРД и ресурс таких двигателей по суммарному импульсу тяги оказывается недостаточным для многих полетных задач.

Указанные проблемы в значительной степени решены в изобретении по заявке №2002135702/06(037710) [3] в импульсном плазменном ЭРД с электронно-детонационным типом разряда на жидком рабочем теле. Данный ЭДРД имеет ресурс >10⁹ включений при частоте импульсов 1...1000 Герц за счет реализации в нем способности к самовосстановлению работоспособности разрядных промежутков на жидком или гелеобразном рабочем теле. Задача решается путем организации разряда на пленке из жидкофазного рабочего тела. В таком ЭРД, состоящем из анода и катода с разрядным промежутком и рабочего тела, заключенного между ними, в зоне между анодом и катодом расположена подвижная смачиваемая жидким или гелеобразным рабочим телом поверхность разрядного промежутка. Подвижная часть поверхности может быть выполнена цилиндрической формы с электроприводом, обеспечивающим скорость вращения пропорциональную частоте подачи разрядных импульсов и с разрядным промежутком в виде образующей линии на цилиндрической поверхности. Источником подачи жидкого рабочего тела может являться пористо-капиллярный эластичный фитиль, сообщенный с системой хранения рабочего тела. В качестве рабочего тела можно применять жидкий диэлектрик с низким значением давления насыщенных паров [4], например синтетическую жидкость, вакуумное масло и другие. При этом подвижная поверхность выполняется из смачиваемого рабочим телом диэлектрического материала, например капролона.

Однако в таком конструктивном решении, по результатам испытаний, выявлен ряд недостатков, а именно значительный угол разлета продуктов плазмы, что снижает кпд. Второй недостаток связан с явлением смачивания от фитиля боковой поверхности всего цилиндра или торцевой поверхности диска при их вращении, при этом сам разряд сосредоточен на узком линейном межконтактном промежутке. Такой способ организации смачивания ведет к непроизводительным потерям жидкофазного рабочего тела вследствие испарения пленки в условиях глубокого вакуума с не участвующей в разряде поверхности диска, цилиндра.

Целью предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков и повышение кпд ЭРД.

Данная цель достигается тем, что в импульсном плазменном электрическом реактивном двигателе, состоящем из анода и катода с разрядным промежутком в виде рабочей поверхности из диэлектрика, контактирующей с источником жидкого или гелеобразного рабочего тела, рабочая поверхность выполнена неподвижной. При этом в зоне между анодом и катодом с возможностью возвратно-поступательного движения помещен подвижный источник подачи жидкого или гелеобразного рабочего тела.

Неподвижная рабочая поверхность может быть выполнена в виде желоба, с углублением которого контактирует источник подачи рабочего тела.

Источник подачи рабочего тела выполнен в виде пористо-капиллярного эластичного фитиля.

Целесообразно в качестве рабочего тела применять жидкофазный диэлектрик с низким значением давления насыщенных паров, например вакуумное масло, а рабочую поверхность выполнять из смачиваемого рабочим телом диэлектрического материала, например керамики или капролона.

Заявляемое изобретение поясняется чертежом. На приведенном чертеже показана конструктивная схема предлагаемого ЭРД. Основным его элементом является разрядный промежуток, исполненный в виде желоба 1 и содержащий систему из двух встречно-расположенных электродов, 2 - анод и 3 - катод. Поступление рабочего тела в межэлектродный промежуток желоба происходит методом смачивания желоба через пористо-капиллярный эластичный смачиватель (фитиль) 4, установленный на подвижной каретке 5. Периодическое перемещение каретки 5 со смачивателем 4 вдоль желоба 1 осуществляется с помощью электропривода 6. Смачивание желоба пленкой происходит периодически через определенное количество разрядных импульсов (на практике, это через сотни, тысячи включений ЭРД) и зависит по времени в основном от вкладываемой в разрядный единичный импульс энергии и кпд ее преобразования в плазму.

ЭРД такого типа работает следующим образом. Перед началом импульсной работы ЭРД система управления подает электрическую команду длительностью несколько секунд на электропривод 6 смачивателя 4 для нанесения жидкофазной пленки на рабочую поверхность (углубление) желоба 1 в межэлектродной зоне 2(анод) - 3(катод). Затем, при подаче высоковольтных импульсов напряжения на электроды 2 и 3, по поверхности жидкой пленки распространяется разряд, генерирующий ионную (электронно-детонационный тип разряда), а затем плазменную (дуговую) составляющие разряда и создающий реактивный импульс тяги. По истечении определенного количества разрядных импульсов, соответствующих выработке пленки рабочего тела в углублении желоба 4, система управления вновь генерирует команду на перемещения смачивателя 4. При этом процесс генерации разрядных импульсов и периодического смачивания может продолжаться без ограничений. Такая цикличность действий продолжается на всем протяжении работы ЭРД.

Конструкция разрядного промежутка в виде желоба позволила значительно уменьшить угол разлета продуктов истечения, в том числе и ионной компоненты. Кроме того, учитывая, что смачиванию подвергается только поверхность углубления желоба в зоне разряда, потери рабочего тела из-за эффектов вакуумного испарения сведены к минимуму.

Список литературы

1. Патент на изобретение №2146776 от 14.05.1998 г. Импульсный плазменный реактивный двигатель торцевого типа на твердом рабочем теле.

2. Электронно-тепловые и детонационные процессы при электрическом пробое твердых диэлектриков, автор Ю.Н.Вершинин, 2000 г., УрО РАН.

3. Заявка №2002135702(037710) от 27.12.2002 года на изобретение «Импульсный плазменный электрический реактивный двигатель».

4. Синтетические жидкости для электрических аппаратов. М.И.Шахнович. М., Энергия, 1972 г.

5. Вакуумная техника. Справочник. М., Машиностроение, 1992 г.

Изобретение относится к электрореактивным двигателям, использующим электронно-детонационный тип разряда. Двигатель состоит из анода и катода с разрядным промежутком в виде рабочей поверхности из диэлектрика, контактирующей с источником подачи жидкого или гелеобразного рабочего тела. Рабочая поверхность выполнена неподвижной, а в зоне между анодом и катодом с возможностью возвратно-поступательного движения помещен подвижный источник подачи жидкого или гелеобразного рабочего тела. Неподвижная рабочая поверхность может быть выполнена в виде желоба с углублением, с которой контактирует источник подачи рабочего тела, представляющий собой пористо-капиллярный эластичный фитиль. В качестве рабочего тела применяют жидкофазный диэлектрик с низким значением давления насыщенных паров, например вакуумное масло, а рабочую поверхность выполняют из смачиваемого рабочим телом диэлектрического материала, например керамики или капролона. Изобретение позволяет значительно уменьшить угол разлета продуктов истечения, в том числе и ионной компоненты. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Импульсный плазменный электрический реактивный двигатель, состоящий из анода и катода с разрядным промежутком в виде рабочей поверхности из диэлектрика, контактирующей с источником подачи жидкого или гелеобразного рабочего тела, отличающийся тем, что рабочая поверхность выполнена неподвижной, а в зоне между анодом и катодом размещен с возможностью возвратно-поступательного движения подвижный источник подачи жидкого или гелеобразного рабочего тела.2. Импульсный плазменный электрический реактивный двигатель по п.1, отличающийся тем, что неподвижная рабочая поверхность выполнена в виде желоба, с углублением которого контактирует источник подачи рабочего тела.3. Импульсный плазменный электрический реактивный двигатель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что источник подачи рабочего тела выполнен в виде пористо-капиллярного эластичного фитиля.4. Импульсный плазменный электрический реактивный двигатель по п.1, отличающийся тем, что рабочее тело является жидкофазным диэлектриком с низким значением давления насыщенных паров, например вакуумное масло, а рабочая поверхность выполнена из смачиваемого рабочим телом диэлектрического материала, например керамики или капролона.