Пинчевый светоэрозионный ракетный двигатель Российский патент 2019 года по МПК F03H99/00 

Изобретение относится к ракетным двигателям малой тяги, предназначенным для систем ориентации космических аппаратов в условиях невесомости и частично к области пневмогидравлике.

Известен ракетный двигатель [1], содержащий камеру сгорания, сопло с утопленной частью, заряд твердого топлива, состоящий из двух частей, одна из которых имеет пониженное содержание окислителя и расположена достаточно близко к утопленному входу, чтобы создавать пограничный слой продуктов сгорания, имеющих дефицит окислителя, проходящий через кольцевой зазор и обтекающий сужающуюся часть и область критического сечения, снижая тем самым унос упомянутой сужающейся части и участка критического сечения. Рассмотрены две схемы зарядов: с центральным каналом и торцевого горения. Однако такой ракетный двигатель основан на горении твердого топлива, а следовательно температура горения не может превышать 4-5 тысяч градусов Кельвина.

К недостаткам такого устройство относится то, что низкотемпературная плазма, достигающая относительно небольшой температуры, что не позволяет создать соответствующий импульс.

В качестве аналога выбран импульсный электроразрядный реактивный двигатель [2], содержащий участок в виде газодинамического резонатора с полой разгонной трубкой, заканчивающийся сверхзвуковым соплом, анодом и катодом, разделенные диэлектриком и соединенные с высоковольтным источником напряжения и высоковольтным конденсатором, снабженный системой подачи и поджига рабочего тела.

Однако в системе подачи рабочего присутствует дозатор подачи рабочего тела. система, инициирующая детонационный разряд достаточно сложна из-за того, что разряд осуществляется в нестабильных условиях, поскольку использование газообразного рабочего тела не всегда позволяет равномерно разместить его в резонаторе

В качестве прототипа выбран патент на импульсный детонационный двигатель [3], содержащий систему подачи и поджига, выполненную в виде прозрачной диэлектрической трубки 1, заполненной инертным газом 2, на торцах которой установлены анод 3 и катод 4, подключенные с высоковольтному источнику напряжения 5 и высоковольтному конденсатором 6, а рабочее тело выполнено из светопоглощающего легкоиспаряемого материала 7 и сверхзвукового сопла 8.

К недостаткам такого двигателя можно отнести малый ресурс ресурс из-за того, что образующаяся плазма способна непосредственно контактировать с поверхностью кварцевой трубки 1.

Предложенный пинчевый светоэрозионный ракетный двигатель, содержащий корпус из светопоглощащего легкоиспаряемого материала со сверхзвуковым соплом с соосно установленной прозрачной диэлектрической трубки прозрачной трубки 1, заполненной инертным газом 2 с электродами 3 и 4 расположенными на противоположных концах светопрозрачной оболочки и подключенными к высоковольтному источнику 5 и конденсатору 6..

К особенностям такого реактивного двигателя можно отнести то, что соосно прозрачной диэлектрической трубки 1, внутри корпуса, установлены последовательно дополнительные стержневые электроды 9 из трудноиспаряемого материала, например, вольфрама, а высоковольтный разрядный конденсатор последовательно соединен с электродами 3 и 4 в светопрозрачной трубке 1 через дополнительные стержневые электроды 9. Другими отличительными признаками можно признать то, что дополнительные электроды 9 соединены меду собой перемычками за пределами светопрозрачной трубки 1.

На фиг. 1 схематично изображен предлагаемый светоэрозионный ракетный двигатель.

Он содержит систему подачи и поджига, выполненную в виде прозрачной диэлектрической трубки 1, заполненной инертным газом 2, на торцах которой установлены анод 3 и катод 4, подключенные с высоковольтному источнику напряжения 5 и высоковольтному конденсатором 6, а рабочее тело выполнено в виде корпуса 7 из светопоглощающего легкоиспаряемого материала и сверхзвукового сопла 8.

К отличительным признакам такого реактивного двигателя можно отнести то. что соосно светопрозрачной диэлектрической трубки 1, внутри корпуса 7 из светопоглощающего материала 7, выполненного в виде цилиндра, установлены последовательно дополнительные стержневые электроды 9 из трудноиспаряемого материала, например, вольфрама, а высоковольтный разрядный конденсатор 6 последовательно соединен с электродами 9 в светопрозрачной диэлектрической трубке 1 через дополнительный стержневые электроды 9.

На фиг. 2. изображено поперечное сечение пинчевого светоэрозионного реактивно двигателя, в котором дополнительные электроды 9 соединены меду собой перемычками 10 за пределами светопрозрачной трубки 1 и корпуса 7 из светопоглощащего материала. Вынос дополнительных электродов 9 за пределами светопрозрачной трубки 1 и корпуса 7 из светопоглощащего материала практически не влияет эффект от воздействия импульса магнитного поля поскольку все элементы магнитопрозрачны. Более того, вынос дополнительных электродов 9 за пределами светопрозрачной трубки 1 и корпуса 7 из светопоглощающего материала не экранирует световой поток, попадающий на светопоглощающий материал, выполненный в виде корпуса.

Фиг. 3 поясняет второй пункт формулы изобретения.

Работает предлагаемый светоэрозинный ракетный двигатель следующим образом. При разрядке от импульсного высоковольтного разрядного конденсатора ток практически одновременно протекает через дополнительные стержневые электроды 9 и электроды 3 и 4, установленные над прозрачной диэлектрической трубкой 1. Благодаря пинчевому эффекту низкотемпературная плазма внутри светопрозрачной диэлектрической трубки 1 сжимается к центру трубки 1, отходя при этом от непосредственного контакта с кварцевыми стенками трубки 1. При таком эффекте сама светопрозрачная трубка 1 выдерживает на порядок большее число импульсов. К дополнительным эффектам можно отнести и то, что плазма отжатая от поверхности прозрачной диэлектрической трубки 1 разогревается во время импульса до более высоких температур, что способствует более интенсивному испарению светопоглощающего материала, выполненного в виде корпуса 7.

Таким образом, предложен пинчевый светоэрозионный ракетный двигатель с повышенным ресурсом.

Источники информации:

1. Патент RU №200710731- Импульсный электрический реактивный двигатель

2. Патент RU №2433293- Импульсный ДЕТОНАЦИОННЫЙ реактивный двигатель.

3. Прототип - Патент РФ №2644798 на импульсный детонационный двигатель.

Изобретение относится к ракетным двигателям малой тяги, предназначенным для систем ориентации космических аппаратов в условиях невесомости, и частично к области пневмогидравлики. Особенность данного двигателя заключается в том, что соосно светопрозрачной оболочке 4, внутри корпуса 1, установлены последовательно дополнительные стержневые электроды 9 из трудноиспаряемого материала, например вольфрама, а высоковольтный разрядный конденсатор 7 последовательно соединен с электродами 6 в светопрозрачной оболочке 4 через дополнительные стержневые электроды 9. Другая особенность данного двигателя заключается в том, что дополнительные электроды 9 соединены между собой перемычками 10 за пределами светопрозрачной колбы 4. Достигается повышение ресурса. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Пинчевый светоэрозионный реактивный двигатель, содержащий систему подачи и поджига, выполненную в виде прозрачной диэлектрической трубки 1, заполненной инертным газом 2, на торцах которой установлены анод 3 и катод 4, подключенные к высоковольтному источнику напряжения 5 и высоковольтному конденсатору 6, а рабочее тело выполнено из светопоглощающего легкоиспаряемого материала 7 и сверхзвукового сопла 8, отличающийся тем, что соосно светопрозрачной диэлектрической трубке 1, внутри корпуса 7 из светопоглощающего материала, выполненного в виде цилиндра, установлены последовательно дополнительные стержневые электроды 9 из трудноиспаряемого материала, например вольфрама, а высоковольтный разрядный конденсатор 6 последовательно соединен с электродами 9.

2. Пинчевый ракетный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что дополнительные электроды 9 соединены между собой перемычками 10 за пределами светопрозрачной трубки 1 и корпуса 7 из светопоглощающего материала.