Импульсный плазменный электрический реактивный двигатель Российский патент 2020 года по МПК F03H1/00 

Изобретение относится к области электрических реактивных двигателей (ЭРД) импульсного действия и двигательных установок (ДУ) на их основе.

Известны импульсные плазменные электрические реактивные двигатели на твердофазном рабочем теле (ТРТ) типа фторопласт [1], [2], которые для подачи шашек ТРТ в разрядный промежуток содержат пружинные механизмы, что накладывает существенные ограничения на габариты шашек, суммарный импульс тяги и усложняет конструкцию пружинного механизма по поддержанию усилия в заданных пределах по мере выработки шашек ТРТ. Кроме того, удельные характеристики для двигателей на ТРТ эрозийного типа низкие, вследствие доминирующего газодинамического механизма ускорения плазмы.

К конструктивным особенностям таких двигателей следует отнести отсутствие возможности регулирования направления векторов тяг, что очень желательно при эксплуатации данных двигателей в составе космических аппаратов (КА). В качестве наиболее прогрессивного выхода из этой ситуации [3] предложен вариант ориентации К А двумя ДУ на ТРТ, в каждой из которой находятся по три двигателя разнесенных между собой на 90° в обеспечение управления вектором тяги по трем направлениям в секторе 180°.

Известны импульсные электрические реактивные двигатели на жидком рабочем теле (ЖРТ) [4] и вариант системы подачи ЖРТ к ним [5] которые имеют значительно лучшие массогабаритные и удельные характеристики. В качестве основы для решения проблемы обеспечения управления вектором тяги ЭРД на ЖРТ выбран вариант [6], содержащий систему подачи ЖРТ по патенту РФ №2615306, состоящий из разрядного промежутка линейного типа установленного вдоль образующей цилиндра, боковая поверхность которого смочена рабочим телом. В таком исполнении разрядный промежуток установлен между каналами подачи и отсоса рабочего тела, что минимизирует непроизводительные потери ЖРТ. Такой импульсный ЭРД с указанной системой подачи [5] выбран в качестве прототипа.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей двигателя, а именно, регулирование направления вектора тяги в широком диапазоне.

Задача решается в импульсном плазменном электрическом реактивном двигателе, состоящем из подвижной цилиндрической поверхности, системы нанесения и съема жидкого рабочего тела в виде капиллярных фитилей, разрядного промежутка линейного типа с электродами анод и катод, установленного в промежутке между фитилями вдоль образующей цилиндра. Согласно изобретению электроды анод и катод разрядного промежутка установлены на подвижном изоляторе и механически связанны с электроприводом реверсивного типа дискретного (шагового) или плавного (мотор-редуктор) действия.

На приведенной фигуре представлен импульсный ЭРД, отличительной особенностью которого является установка электродов 1 «анод-катод» разрядного промежутка на подвижный изолятор 2, который механически соединен с электроприводом 3 реверсивного типа дискретного (шагового) или плавного (мотор-редуктор) действия. Перемещение подвижного изолятора 2, содержащего электроды 1 разрядного промежутка по боковой поверхности цилиндра 4 и обеспечивает изменения направления вектора тяги импульсного ЭРД. Смачивание боковой поверхности цилиндра 4 пленкой ЖРТ обеспечивается вращением его от электропривода 5. Капиллярные фитили 6 и 7 обеспечивают нанесение и съем рабочего тела с поверхности цилиндра 4. Установка двух ДУ, содержащих по одному ЭРД предложенной схемы, на КА по аналогии с [3] даст существенный выигрыш по массогабаритным характеристикам. При этом возможна не только регулировка направления вектора тяги с угловым смещением через 90°, но и плавная, по типу круговой панорамы направления вектором тяги, что для КА будет способствовать экономии расхода рабочего тела.

Работает импульсный ЭРД предложенной схемы следующим образом:

- вначале подается электрическая команда на электропривод 5 для обеспечения вращения цилиндра 4 и смачивание его боковой поверхности пленкой ЖРТ от капиллярного фитиля 6;

- затем, в обеспечение желаемого направления вектора тяги на электропривод реверсивного типа 3 подается командный импульс заданной продолжительности и полярности для поворота изолятора, содержащего электроды 1 на требуемый угол;

- после чего, на электроды 1 подают высокое напряжение, что приводит к пробою разрядного промежутка по пленке ЖРТ и генерации продуктов истечения, создающих силовой импульс тяги в выбранном направлении. Излишки рабочего тела снимаются капиллярным фитилем 7.

Как видим, в предложенном варианте, функции трех ЭРД на ТРТ выполняет один ЭРД на ЖРТ, содержащий подвижный изолятор 2 с системой электродов 1, управление положением которых осуществляется электроприводом 3.

Предлагаемое решение позволяет экономить рабочее тело путем оптимизации положения вектора тяги для выполнения операций ориентации и стабилизации, а также коррекции орбиты микро- и наноспутников.

Источники информации

1. Электрические ракетные двигатели. Гришин С.Д, Лесков Л.В., Козлов Н.П., Машиностроение, 1975, стр. 198…208.

2. Новый этап развития абляционных импульсных плазменных двигателей в НИИ ПМЭ, Антропов Н.Н. и другие, вестник ФГУП «НПО Лавочкина», №5 за 2011 год, стр. 30…40.

3. Разработка корректирующей двигательной установки для микро КА на базе абляционного импульсного плазменного двигателя. Авиационно-космическая техника и технология, №10(57) за 2008 год. Богатый А.В., Дьяконов Г.А., Государственный НИИ прикладной механики и электродинамики.

4. Импульсный плазменный электрический реактивный двигатель. Патент РФ №2319039 от 04.02.2005.

5. Способ подачи рабочего тела в импульсный плазменный электрический реактивный двигатель и устройство для его осуществления. Патент РФ №2615306 от 04.04.2017.

Изобретение относится к электрореактивным двигателям импульсного действия, использующим в качестве рабочего тела жидкофазную рабочую среду. Двигатель состоит из анода и катода с разрядным промежутком линейного типа, сформированных на цилиндрической поверхности диэлектрика, смоченного жидкофазным рабочим телом. Рабочая поверхность диэлектрика цилиндрического типа и разрядный промежуток с электродами катод и анод, установленными на изоляторе, выполнены подвижными. Возможность перемещения изолятора, содержащего катод и анод, по боковой поверхности диэлектрика цилиндрического типа, смоченного жидкофазным рабочим телом, обеспечивает изменения направления вектора тяги. 1 ил.

Импульсный электрический реактивный двигатель, состоящий из подвижной цилиндрической поверхности, системы нанесения и съема жидкого рабочего тела в виде капиллярных фитилей, разрядного промежутка линейного типа с электродами анод и катод, расположенного между фитилями вдоль образующей цилиндра, отличающийся тем, что электроды анод и катод разрядного промежутка установлены на подвижном изоляторе и механически связанны с электроприводом реверсивного типа.