УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТВОДА ТЕПЛОВЫХ ПОТЕРЬ, А ТАКЖЕ СИСТЕМА ИОННОГО УСКОРИТЕЛЯ С ТАКИМ УСТРОЙСТВОМ Российский патент 2013 года по МПК B64G1/50 F03H1/00 

Изобретение относится к устройству для отвода тепловых потерь, а также к системе ионного ускорителя с таким устройством.

Ионные ускорители известны в качестве электрических приводов для спутников или других космических летательных аппаратов. Такой предпочтительный ионный ускоритель-привод для спутников описан, например, в WO 2003/000550 А1. Известный ионный ускоритель содержит многоступенчатую магнитную систему с постоянными кольцевыми магнитами и кольцевыми полюсными наконечниками, окружающими стенку ионизационной камеры.

При эксплуатации таких систем ионного ускорителя на стенке камеры, ограничивающей ионизационную камеру сбоку, происходят потери тепла, которые должны отводиться наружу. Из-за ограничений объема и веса при использовании в летательных аппаратах и в результате высоких напряжений в таких ионных ускорителях существуют особые требования к устройствам для отвода тепла (тепловых потерь), которое, в частности, при использовании в космических летательных аппаратах, может отдаваться только путем излучения в свободное пространство в качестве теплостока и для этого по меньшей мере частично отводится стенкой камеры с помощью магнитной системы. При этом предельно допустимая температурная нагрузка магнитной системы, в частности при использовании постоянных магнитов, ограничена.

В лампах бегущей волны тепловые потери прежде всего поступают на анод в качестве коллектора в результате попадания электронов сфокусированного электронного пучка. Анод состоит, например, из меди. Отвод тепловых потерь обычно осуществляется через излучатель, соединенный с анодом с возможностью провода тепла непосредственно или через промежуточную структуру.

В устройстве для отвода тепловых потерь, в частности, в таких электронных устройствах, как ионные ускорители или лампы бегущей волны, система теплоотвода, повернутая от источника тепловых потерь, должна быть соединена с несущей структурой, такой как, например, с магнитной системой ионного ускорителя, обращенной к стенке камеры, или с коллектором системы лампы бегущей волны, с одной стороны, механически прочно, а с другой, - с возможностью хорошей теплопроводимости, причем материал, геометрия и устройство магнитной системы или коллектора, как правило, в значительной степени заданы функцией соответствующего электрического устройства.

Известно, что в системе теплоотвода предусматривают корпуса из меди, которые отводят тепло наружу к системе излучателя, излучающей тепло с помощью поверхностей, обращенных наружу, и которые для компенсации механических напряжений, возникающих при колебаниях температуры, присоединены к несущей структуре или напаяны на металлические поверхности несущей структуры.

В основу настоящего изобретения положена задача создания усовершенствованного устройства для отвода тепловых потерь, а также системы ионного ускорителя с таким устройством.

Решения согласно изобретению описаны в независимых пунктах формулы изобретения. Зависимые пункты содержат предпочтительные и усовершенствованные варианты выполнения изобретения.

В устройстве для отвода мощности тепловых потерь от источника тепловых потерь, в частности в одном из названных электрических устройств, через теплопроводящую систему, соединенную с возможностью теплопередачи с несущей структурой, обращенной к источнику тепловых потерь, в теплосток, применение в теплостоке сплава алюминия с кремнием неожиданно оказалось особенно успешным. Теплопроводящая система предпочтительно состоит большей частью, предпочтительно полностью, из сплава AlSi.

В частности, применение алюминиево-кремневого сплава AlSi с гиперэвтектическим содержанием Si имеет особое преимущество. Коэффициент теплового расширения сплава AlSi предпочтительно отличается от коэффициента теплового расширения несущей структуры менее чем на 30%, в частности, менее чем на 20%, предпочтительно, менее чем на 10%. При этом предпочтительно используется тот факт, что коэффициент теплового расширения гиперэвтектического сплава AlSi при варьировании содержания Al и Si в сплаве может регулироваться в большом диапазоне и таким образом может хорошо подгоняться под коэффициент теплового расширения, заданный материалом несущей структуры.

Теплопроводящая система предпочтительно выполнена в форме, окружающей несущую структуру. Несущая структура предпочтительно окружает пространство, содержащее источник тепловых потерь, с боков по периметру относительно продольной оси. Теплопроводящая система предпочтительно прилегает к несущей структуре с упругой деформацией, благодаря чему на граничной поверхности между несущей структурой и теплопроводящей системой осуществляется стойкий и обширный теплообмен. Прилегание теплопроводящей системы к несущей структуре с помощью упругой деформации, в частности, может обеспечиваться путем горячей напрессовки теплопроводящей системы на несущую структуру. Теплопроводящая система, в частности, предпочтительно может создавать также механическое соединение нескольких частей несущей структуры.

Предпочтительным для хорошего теплообмена между несущей структурой и теплопроводящей системой является также наличие на граничной поверхности тонкого слоя обычно менее 1 мм, в частности, менее 0,1 мм, состоящего из материала с большей пластичностью, чем материалы несущей структуры и теплопроводящей системы. Предпочтительным является, в частности, применение золота для такого промежуточного слоя. Несущая структура и теплопроводящая система могут также соединяться между собой с помощью пайки.

Несущее устройство предпочтительно содержит магнитную систему, в частности, магнитную систему с постоянными магнитами. Материал такой магнитной системы из постоянных магнитов, предпочтительно, представляет собой сплав редкоземельных металлов, в частности самариево-кобальтовый сплав SmCo. Магнитная система из постоянных магнитов предпочтительно содержит по меньшей мере один, предпочтительно, несколько магнитопроводов, с осевым намагничиванием, направленным относительно оси кольца.

В другом предпочтительном варианте выполнения вместо сплава AlSi теплопроводящая система может состоять также по меньшей мере преимущественно из бериллия, который имеет предпочтительный коэффициент теплового расширения и малый удельный вес, правда, он дороже и сложнее в обращении.

Изготовление магнитной системы из постоянных магнитов с несколькими последовательно установленными по оси магнитопроводами из кольцевых магнитов путем горячей напрессовки имеет особое преимущество даже независимо от материала теплопроводящей системы, поскольку это выгодным образом обеспечивает сцепление нескольких магнитопроводов из кольцевых магнитов и/или, в частности, упрочняет и защищает ломкие магнитопроводы, как, например, из SmCo, благодаря всесторонней равномерно сжимающей нагрузке. Если не нужно отводить потери тепла, то теплопроводность теплопроводящей системы, которой в этом случае в первую очередь является механическая оболочка, является второстепенной.

Такое устройство для отвода тепловых потерь, в частности, имеет преимущество в вызывающих потери тепла электрических устройствах в космических летательных аппаратах, где из-за отсутствия возможности ремонта хороший прочный контакт имеет особую важность и где из-за большой разности температур между нерабочим и рабочим состоянием электрических блоков соединения материалов подвергаются особой нагрузке. При особенно предпочтительном использовании теплопроводящей системы из сплава AlSi в космическом летательном аппарате теплопроводящая система предпочтительно передает тепло, поглощаемое несущей структурой, излучателю, который отдает тепло в виде теплового излучения в окружающее космическое пространство как в теплосток.

В ионном ускорителе с магнитной системой неожиданно обнаруживается, что алюминиево-кремневый сплав с гиперэвтектическим содержанием кремния в качестве материала по меньшей мере для преимущественной части теплопроводящей системы особенно успешно согласуется с типичными намагничивающимися материалами магнитной системы, задаваемыми функцией ионного ускорителя. Доля кремния в гиперэвтектическом сплаве AlSi составляет, предпочтительно, по меньшей мере 40%. Предпочтительно доля Si в сплаве составляет максимум 60%. В эвтектическом сплаве AlSi доля Si составляет около 12%.

Гиперэвтектический сплав AlSi предпочтительно имеет по сравнению с материалами магнитной системы лучшую теплопроводность и меньший удельный вес, а благодаря свойствам материалов с особенно благоприятной теплопередачей он может механически соединяться с поверхностями обычных материалов магнитной системы ионного ускорителя. В частности, гиперэвтектический сплав AlSi имеет коэффициент теплового расширения, очень близкий к коэффициенту теплового расширения намагничивающихся материалов, предпочтительно, применяющихся в обычных магнитных системах, например, железа как магнитомягкого материала или редкоземельных материалов. Незначительное отклонение коэффициентов теплового расширения имеет существенное преимущество, поскольку в системе ионного ускорителя указанного типа могут иметь место большие колебания температуры.

Намагничивающиеся материалы обычных несущих структур, в частности Fe и SmCo, в предпочтительном варианте выполнения имеют коэффициент теплового расширения между 8х10^-6 и 16х10^-6/К, в частности, между 11х10^-6 и 13х10^-6/К. Коэффициент теплового расширения гиперэвтектического сплава AlSi, предусмотренного согласно изобретению, предпочтительно может еще варьироваться в процентном отношении Al и Si и подгоняться под материалы магнитной системы. Коэффициент теплового расширения гиперэвтектического сплава AlSi предпочтительно отличается от коэффициента теплового расширения несущей структуры менее чем на 30%, в частности, менее чем на 20%, предпочтительно, менее чем на 10%.

Теплопроводящая система в предпочтительном варианте выполнения окружает магнитную систему радиально относительно центральной оси ионного ускорителя и предпочтительно установлена на магнитную систему или на ее элементы путем горячей напрессовки с упругой деформацией, так что теплопроводящая система и магнитная система прилегают друг к другу с хорошим плоскостным контактом. На граничных поверхностях в предпочтительном варианте выполнения могут быть предусмотрены промежуточные слои из материала с хорошей теплопроводностью и более магнитомягкого по сравнению с материалами магнитной системы и теплопроводящей системы, например из золота, благодаря чему получается особенно хороший теплообмен за счет особенно большой контактной поверхности в результате деформации промежуточного слоя.

Теплопроводящая система через повернутые от магнитной системы поверхностные области излучателя, соединенного с теплопроводящей системой, предпочтительно отдает тепло в окружающую среду, при предпочтительном использовании в космическом летательном аппарате ионного ускорителя, в частности, в окружающее пустое пространство. Поверхности, излучающие тепло в окружающую среду, могут быть выполнены из материала, отличного от гиперэвтектического сплава AlSi, и, в частности, представлять собой покрытия.

Теплопроводящая система предпочтительно выполнена по меньшей мере преимущественно (›50%), предпочтительно по существу, например, за исключением поверхностного покрытия, полностью из гиперэвтектического сплава AlSi. Предпочтительно система излучателя также преимущественно или по существу полностью выполнена из гиперэвтектического сплава AlSi.

Система ионного ускорителя содержит ионизационную камеру, причем источник тепловых потерь установлен на ограничивающей камеру, обычно диэлектрической, например, керамической стенке камеры. В ионизационной камере рабочий газ ионизируется, и ионы, предпочтительно, электростатически ускоряются в продольном направлении ионизационной камеры и испускаются через отверстие камеры с одной стороны.

Магнитная система содержит несколько постоянных кольцевых магнитов, окружающих ионизационную камеру системы ионного ускорителя, которые расположены на расстоянии друг от друга в продольном направлении камеры. В предпочтительном варианте выполнения постоянные кольцевые магниты, соседствующие в продольном направлении, имеют в продольном направлении противоположную поляризацию, так что в продольном направлении одноименные полюса соседних кольцевых магнитов обращены друг к другу. В результате в камере в продольном направлении между соседними кольцевыми магнитами возникает структура магнитного поля с каспом, как она описана, например, у ионного ускорителя из уже упоминавшейся вначале публикации WO 2003/000550 А1. Особенно предпочтительной является многоступенчатая магнитная система по меньшей мере с двумя такими расположенными на расстоянии друг от друга структурами магнитного поля с каспом в ионизационной камере электростатического ионного усилителя. Материалом постоянных кольцевых магнитов, предпочтительно, является сплав редкоземельных металлов, в частности самария и кобальта, в качестве основных компонентов. Самариево-кобальтовые постоянные магниты известны и применяются, и по сравнению с неодимовыми магнитами отличаются более высокой температурой Кюри.

Предпочтительно между постоянными кольцевыми магнитами, расположенными на расстоянии друг от друга в продольном направлении, установлены кольцевые полюсные наконечники из магнитомягкого материала, в частности из железа.

Выделяющиеся тепловые потери являются проблематичными, в частности, для материалов постоянных магнитов, для которых не допустимы никакие высокие температуры и которые, с другой стороны, как правило, обладают незначительной теплопроводностью и поэтому сами могут сделать лишь незначительный вклад в отведение тепловых потерь в теплоотвод.

Постоянные магниты магнитной системы обычно не прилегают к внешней поверхности стенки камеры, ограничивающей камеру с боков, непосредственно, а дистанцированы от нее узким зазором, так что переход тепловых потерь от стенки камеры к постоянным магнитам осуществляется с помощью теплового излучения. С помощью отражателя теплового излучения между стенкой камеры и постоянными магнитами такой теплопереход уменьшается, и предотвращается перегрев материала постоянных магнитов. Такой отражатель теплового излучения может содержать зеркальные элементы, радиально установленные между внешней стенкой камеры и постоянными магнитами. Предпочтительно, отражатель теплового излучения образован отражательным слоем обращенных к стенке камеры поверхностей постоянных магнитов, причем предпочтительно в качестве материала покрытия может использоваться золото. Предпочтительно радиально между внешней стенкой камеры и обращенными к ней поверхностями магнитомягких полюсных наконечников отсутствует отражатель теплового излучения, так что тепловые потери отводятся наружу к теплопроводящей системе через полюсные наконечники, предпочтительно, состоящие из железа и нечувствительные к температуре, одновременно хорошо проводящие тепло. Уменьшение теплопоглощения постоянными магнитами с помощью отражателя теплового излучения также независимо от материала теплопроводящей системы предпочтительно для защиты постоянных магнитов от перегрева и для распределения выделяющихся тепловых потерь.

В случае системы лампы бегущей волны применение сплава AlSi, в частности гиперэвтектического, также особенно предпочтительно. Здесь теплопроводящая система предпочтительно опосредованно или предпочтительно непосредственно соединяется с анодным элементом (коллектором) в качестве несущей структуры, обычно состоящим из меди, в частности, напрессовывается в горячем состоянии для получения прочного плоскостного контакта с хорошей теплопроводностью, причем содержание Si в сплаве AlSi в таком случае обычно может выбираться меньше, чем в предыдущем примере, поскольку коэффициент теплового расширения анодного элемента, как правило, больше, чем у магнитной системы ионного ускорителя. Теплопроводящая система может быть соединена с анодным элементом пайкой.

Ниже изобретение более подробно иллюстрируется на предпочтительных примерах выполнения со ссылкой на изображения, на которых:

фиг. 1 изображает схематическое устройство ионного ускорителя,

фиг. 2 - частичный разрез системы лампы бегущей волны.

На фиг. 1 схематически и с частичным разрезом изображена система ионного ускорителя в разрезе, которая без ограничения общности принимается вращательно-симметричной относительно продольной оси LA. По причине симметрии изображена лишь половина разреза над продольной осью LA. Продольная ось LA проходит параллельно продольному направлению LR, изображенному вместе с координатой R радиуса. Ионизационная камера IK ограничена в радиальном направлении стенкой KW камеры из диэлектрического, в частности, керамического материала. Поперечный разрез камеры принимается постоянным в продольном направлении LR. Ионизационная камера с одной стороны, на чертеже с правой, открыта и обеспечивает там выход ускоренного плазменного пучка РВ, который в системе ионного ускорителя, используемой в космическом летательном аппарате в качестве приводного устройства, обеспечивает тягу привода. Противоположно выходному отверстию АО для пучка в продольном направлении у основания ионизационной камеры IK расположен анод AN. На участке выходного отверстия АО для пучка, предпочтительно со смещением относительно этого отверстия, установлен катод КА. При работе последнего между катодом КА и анодом AN прикладывается высокое напряжение, которое в ионизационной камере создает электрическое поле, обращенное в продольном направлении LR, которое стремится к ускорению электронов в направлении анода и ускоряет положительные ионы, образовавшиеся в результате ионизации рабочего газа, в направлении выходного отверстия АО для пучка.

За пределами плазмореакционной камеры и вокруг нее расположена магнитная система, содержащая постоянные магниты MR, в частности из SmCo, и в продольном направлении рядом и между ними полюсные наконечники PR. Постоянные магниты MR и полюсные наконечники PR, предпочтительно, выполнены кольцевыми относительно продольной оси LA. Однако вокруг оси могут быть сгруппированы также несколько отдельных вышеуказанных элементов. Полюса магнитопроводов сориентированы в продольном направлении, а магнитопроводы, соседствующие в продольном направлении, имеют противоположную поляризацию относительно друг друга, так что одноименные полюса, на фиг. 1 два южных полюса S, расположены на расстоянии друг от друга. Этот вид расположения магнитопроводов создает в ионизационной камере IK магнитное поле MF, образующее в области полюсов магнитопроводов так называемые каспы, т.е. области, в которых силовые линии в направлении от продольной оси LA к стенке KW камеры с искривлением переходят почти в радиальные магнитные силовые линии. Благодаря полюсным наконечникам PR характер этого поля предпочтительно может быть приведен в более совершенную форму для функций системы ионного ускорителя.

Устройство и функции такой системы ионного ускорителя сами по себе известны, например, из вышеупомянутого уровня техники.

Хотя в таком ионном ускорителе по сравнению с известными ионными ускорителями Холла тепловая нагрузка на стенку камеры уже уменьшена, некоторая нагрузка на поверхность обращенной к ионизационной камере стенки камеры за счет тепловых потерь в результате попадания на нее электронов и ионов, а также излучения плазмы, образующейся в ионизационной камере, все же остается, причем тепловая нагрузка на стенку камеры в продольной области полюсных наконечников PR по сравнению с продольными областями, охватывающими магниты MR, несколько увеличена. В результате нагрева стенки камеры тепло в направлении магнитной системы излучается также со стороны стенки камеры, радиально обращенной наружу, и оно через магнитную систему передается радиально наружу и в окружающее космическое пространство, для чего излучатель предпочтительно имеет обширные излучающие структуры SS.

Устройство теплоотвода в изображенном предпочтительном примере содержит излучатель, радиально расположенный снаружи с кожухом SM и уже упомянутыми излучающими структурами SS, с одной стороны, и теплопроводящую систему, расположенную между излучателем и магнитной системой, с другой. По меньшей мере теплопроводящая система состоит по меньшей мере преимущественно из гиперэвтектического сплава AlSi. Теплопроводящая система содержит несколько кольцевых элементов LM, LP в качестве теплопроводящих элементов, причем кольцевые элементы LP установлены в продольной области полюсных наконечников PR, а теплопроводящие элементы LM - в области постоянных магнитов MR, и они, соответственно, с возможностью провода тепла механически соединены с полюсными наконечниками PR или постоянными магнитами MR. Эти теплопроводящие элементы и/или излучатель SM, SS предпочтительным образом состоят по меньшей мере преимущественно из гиперэвтектического сплава AlSi с содержанием кремния предпочтительно по меньшей мере 40%. Доля кремния в гиперэвтектическом сплаве AlSi предпочтительно составляет максимум 60%. В незначительных долях в принципе возможны другие примеси.

С помощью гиперэвтектического сплава AlSi для теплопроводящих элементов может быть достигнут коэффициент теплового расширения, очень близкий к коэффициенту теплового расширения железа или SmCo. Теплопроводящие элементы LP и LM, предпочтительно, выполнены в виде замкнутых кольцевых элементов. Теплопроводящие элементы для достижения долговечного, механически прочного прилегания плоскостей и для обеспечения хорошей теплопередачи в радиальном направлении, предпочтительно, прилегают к обращенным наружу поверхностям полюсных наконечников PR или постоянных магнитов MR с радиальным напряжением. На граничных поверхностях теплопроводящих элементов LP с полюсными наконечниками PR или теплопроводящими элементами LM с постоянными магнитами MR, предпочтительно, могут быть расположены промежуточные слои из материала с хорошей теплопроводностью, который является более магнитомягким, чем противоположные материалы теплопроводящих элементов и полюсных наконечников или постоянных магнитов. Такой промежуточный слой благодаря увеличенной контактной поверхности обеспечивает еще более улучшенный радиальный переход тепла наружу. Для таких промежуточных слоев особенно предпочтительным является применение золота. Такой промежуточный слой может быть предусмотрен также между излучателем с его кожухом SM и теплопроводящей системой с теплопроводящими элементами LP, LM.

Предпочтительно сборка магнитной системы с теплоотводящим устройством осуществляется с таким расчетом, чтобы полюсные наконечники PR с теплопроводящими элементами LP и постоянные магниты MR с теплопроводящими элементами LM, а затем соединенные таким образом кольцевые системы собирались в аксиальном направлении вместе и жестко соединялись друг с другом. После этого предпочтительно внешняя сторона теплопроводящей системы, образованной теплопроводящими элементами LP, LM, сглаживается и доводится до определенного наружного размера. Затем предпочтительно излучатель доводится до более высокой температуры относительно теплопроводящей системы, причем он расширяется и смещается в продольном направлении по теплопроводящей системе. При охлаждении излучателя и связанной с этим усадке излучатель прижимается к внешней поверхности теплопроводящей системы с радиальным напряжением, вследствие чего снова получается хороший теплопроводящий контакт.

Поверхности постоянных магнитов MR, радиально обращенные к стенке KW камеры, снабжены покрытием RE в качестве отражателя, которое уменьшает поглощающую способность к тепловому излучению и тем самым теплопередачу от стенки камеры к магнитопроводу. Предпочтительно покрытие состоит из золота. Покрытие не проходит по поверхностям полюсных наконечников, обращенным к стенке камеры, т.е. прерывается в продольном направлении у полюсных наконечников.

При работе системы ионного ускорителя стенка камеры нагревается и радиально излучает тепло наружу в направлении магнитной системы. Тепло, поглощаемое магнитной системой в соответствии с градиентом температуры, передается по постоянным магнитам MR, полюсным наконечникам PR и теплопроводящей системе с теплопередающими элементами LP, PM на кожух SM излучателя, а там, в частности, с помощью излучающих структур SS в качестве теплового излучения отдается в космическое пространство.

Вследствие относительно незначительной теплопроводности постоянных магнитов MR, например из SmCo, несмотря на их малую протяженность в продольном направлении, радиальная теплопередача, главным образом, происходит через полюсные наконечники PR, в частности, состоящие из железа. При этом распределение составляющих радиальной теплопроводности внутри магнитной системы благоприятно корреспондирует с более высокой температурой стенки в продольных областях полюсных наконечников благодаря большей тепловой нагрузке на эти продольные позиции. Отражатель теплового излучения предпочтительно в продольном направлении в продольных областях полюсных наконечников прерывается и присутствует лишь в продольных областях постоянных магнитов. Хороший теплопереход от стенки камеры к полюсным наконечникам, предпочтительно, состоящим из железа, благоприятен для радиального отвода тепла.

Благодаря отражателю на поверхностях постоянных магнитов, обращенных к стенке камеры, температура стенки камеры в продольных областях постоянных магнитов может быть выше, чем в продольных областях полюсных наконечников. В ограниченном объеме выравнивание тепла в продольном направлении может происходить за счет теплопроводности внутри материала стенки камеры. Однако, в частности, более высокая температура стенки камеры приводит также к увеличению теплового излучения в ионизационную камеру, вследствие чего уменьшенное радиальное излучение наружу снова частично компенсируется.

Отражатель на поверхностях магнитной системы, обращенных к источнику тепловых потерь, предпочтительно может быть предусмотрен в магнитной системе лампа бегущей волны.

На фиг. 2 с частичным разрезом схематически изображена конструкция системы лампы бегущей волны для отвода мощности тепловых потерь согласно настоящему изобретению. Лампа бегущей волны обычно содержит в вакуумной камере линию VL задержки, например, в виде спиральной или гребенчатой линии. Вакуумная камера с линией VL задержки окружена магнитной системой РР, которая создает в вакуумной камере магнитное поле, в котором электронный пучок ES направлен вдоль центральной продольной оси вакуумной камеры, или линии VL задержки. Электронный пучок ES на фиг. 2 подается слева из не показанного источника электронного пучка и после прохождения вдоль линии задержки направляется на коллектор КО. Электронный пучок ES при своем прохождении через вакуумную камеру вступает во взаимодействие с высокочастотным сигналом, поступающим в линию VL задержки, который отбирается на выходе HF в усиленном виде. Электронный луч движется против задерживающего электростатического поля и при взаимодействии с линией задержки отдает мощность ей. В коллекторе КО электроны улавливаются, и их остаточная энергия в коллекторе КО превращается в тепло. Коллектор может состоять, например, из меди и может быть также известным образом сконструирован как многоступенчатый коллектор.

На внешнюю поверхность коллектора КО установлен и соединен с ним с хорошей теплопроводностью корпус SK излучателя. Корпус излучателя SK состоит из сплава AlSi, процентные доли компонентов которого предпочтительно установлены так, что коэффициент теплового расширения сплава AlSi отличается от коэффициента теплового расширения материала коллектора КО менее чем на 30%, в частности, менее чем на 20%, предпочтительно, менее чем на 10%. Корпус излучателя SK предпочтительно с упругой деформацией может прилегать к внешней поверхности коллектора, а в предпочтительном варианте выполнения при повышенной температуре перемещаться по коллектору и при охлаждении напрессовываться на внешнюю поверхность коллектора. Корпус излучателя SK может также соединяться с коллектором пайкой.

Корпус излучателя SK, изображенный на фиг. 2 как одно целое, по аналогии с устройством на фиг. 1 может быть выполнен радиально из двух частей относительно продольной линии устройства, для чего основной корпус из AlSi закрепляется на коллекторе, а на этом основном корпусе - наружный корпус, содержащий излучающие структуры.

Мощность тепловых потерь, выделяющаяся в коллекторе при работе лампы бегущей волны, отводится через коллектор, состоящий из материала с хорошей теплопроводимостью, и через хорошо проводящее тепло соединение между коллектором и корпусом излучателя SK из материала сплава AlSi с хорошей теплопроводимостью в излучающие структуры и там в качестве мощности излучения передается в окружающую среду, в частности при использовании такой лампы бегущей волны в космосе, в космическое пространство.

Признаки, приведенные выше и в пунктах формулы изобретения, а также на чертежах, могут успешно реализовываться в различных сочетаниях. Изобретение не ограничено описанными примерами выполнения, а может различным образом модифицироваться в рамках знаний специалиста в данной области. В частности, в ионном ускорителе отражатель предпочтительным образом реализован также независимо от выбора материала AlSi.

Изобретения относятся к системе терморегулирования и ее использованию, в частности, в составе электроракетного двигателя. Устройство для отвода тепла содержит излучающие ребра (SS), выполненные заодно с кожухом (SM), и теплопроводящую систему (ТС). ТС изготовлена в основном из гиперэвтектического сплава Al-Si и содержит кольцевые элементы (LM) и (LP). Элементы (LP) соединены с полюсными наконечниками (PR), а элементы (LM) - с постоянными магнитами (MR). В местах этих и других соединений могут быть расположены теплопроводящие слои из более магнитомягкого материала (например, золота). Коэффициент теплового расширения элементов ТС отличается менее чем на 10%…30% от такового для несушей системы (полюсных наконечников и постоянных магнитов). На поверхности магнитов (MR), обращенных к стенке (KW) камеры, нанесено отражательное покрытие (RE), уменьшающее теплопередачу от стенки камеры к магнитопроводу. Покрытие (например, из золота) прерывается в продольном направлении у полюсных наконечников (PR). При работе ионного ускорителя стенка (KW) камеры нагревается и излучает тепло наружу в направлении магнитной системы. Тепло, поглощаемое магнитной системой, передается через магниты (MR), полюсные наконечники (PR) и ТС (элементы LP, РМ) на кожух (SM) и далее излучается ребрами (SS) в космическое пространство.

Технический результат изобретений состоит в достижении долговечного, механически прочного прилегания стыков теплопроводящих элементов друг к другу - для обеспечения хорошей теплопередачи в радиальном направлении, а в итоге - в создании более совершенных устройства для отвода тепловых потерь и ионного ускорителя с таким устройством. 2 н. и 21 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для отвода тепловых потерь источника тепловых потерь с помощью теплопроводящей системы в теплосток, причем теплопроводящая система соединена с возможностью провода тепла с несущей структурой, установленной между источником тепловых потерь и теплопроводящей системой, при этом несущая структура и теплопроводящая система выполнены из различных материалов, отличающееся тем, что теплопроводящая система по меньшей мере большей частью состоит из сплава AlSi, коэффициент теплового расширения которого отличается от коэффициента теплового расширения материала несущей структуры менее чем на 30%.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сплав AlSi содержит гиперэвтектическую долю Si.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что коэффициент теплового расширения сплава AlSi отличается от коэффициента теплового расширения материала несущей структуры менее чем на 20%, предпочтительно менее чем на 10%.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на граничной поверхности между несущей структурой и теплопроводящей системой расположен слой другого материала, обладающего лучшей пластичностью, чем материалы несущей структуры и теплопроводящей системы.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что теплопроводящая система окружает несущую структуру и прилегает к несущей структуре с упругим напряжением.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что теплопроводящая система установлена на несущую структуру путем горячей напрессовки.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что несущая структура окружает пространство, содержащее источник тепловых потерь, с боков по периметру относительно продольной оси.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что теплопроводящая система спаяна с несущей структурой.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно использовано в космическом летательном аппарате, причем теплостоком является окружающее свободное пространство, а теплопроводящая система соединена с излучателем, отдающим тепловое излучение в указанное пространство.

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что несущая структура содержит между источником тепловых потерь и теплопроводящей системой магнитную систему.

11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что несущая структура является электродом-коллектором лампы бегущей волны.

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что электрод-коллектор по меньшей мере большей частью состоит из меди.

13. Система ионного ускорителя с устройством для отвода тепловых потерь, с ионизационной камерой, содержащей источник тепловых потерь, и с окружающей ее магнитной системой, а также с теплопроводящей системой для отвода тепловых потерь, возникающих на стенке камеры, причем теплопроводящая система механически прочно соединена с несущей структурой с возможностью провода тепла и имеет по сравнению с ней большую теплопроводность и/или меньший удельный вес, отличающаяся тем, что теплопроводящая система по меньшей мере большей частью состоит из алюминиево-кремневого сплава с гиперэвтектическим содержанием кремния, и/или тем, что по меньшей мере между частью стенки указанной камеры и расположенными на расстоянии от нее поверхностями магнитной системы установлен отражатель теплового излучения, при этом магнитная система содержит несколько постоянных кольцевых магнитов, окружающих ионизационную камеру и расположенных на расстоянии друг от друга в продольном направлении ионизационной камеры, причем между соседними в продольном направлении постоянными кольцевыми магнитами вставлены кольца полюсных наконечников из магнитомягкого материала, а отражатель теплового излучения прерывается на продольных участках полюсных наконечников.

14. Система по п.13, отличающаяся тем, что доля кремния составляет по меньшей мере 30%, в частности, по меньшей мере 40%.

15. Система по п.13 или 14, отличающаяся тем, что доля кремния составляет по большей мере 60%.

16. Система по п.13. отличающаяся тем, что теплопроводящая система окружает магнитную систему и имеет радиальное напряжение относительно нее.

17. Система по п.16, отличающаяся тем, что теплопроводящая система расположена на магнитной системе путем горячей напрессовки.

18. Система по п.13, отличающаяся тем, что материал магнитной системы имеет коэффициент теплового расширения между 8·10^-6 и 16·10^-6К.

19. Система по п.13, отличающаяся тем, что соседние в продольном направлении ионизационной камеры постоянные кольцевые магниты имеют противоположную поляризацию.

20. Система по п.13, отличающаяся тем, что теплопроводящая система соединена с излучателем, отдающим тепло путем излучения в окружающую среду.

21. Система по п.13, отличающаяся тем, что отражатель теплового излучения расположен на поверхностях магнитных материалов постоянных магнитов.

22. Система по п.21, отличающаяся тем, что отражатель теплового излучения образован отражающим покрытием на магнитной системе.

23. Система по п.13, отличающаяся тем, что она установлена в космическом летательном аппарате.