Детонационный реактивный двигатель с системой охлаждения Российский патент 2020 года по МПК F03H99/00 F03H1/00 

Изобретение относится к ракетной технике и предназначено для создания импульсных ракетных двигателей систем ориентации космических аппаратов и старта с поверхности и посадки на планеты с малой гравитацией, например, Луны или Марса.

В качестве аналога выбран электроразрядный [1] реактивный двигатель, содержащий разгонный участок в виде полой трубки - катода, и острийкового анода, разделенные диэлектриком и соединенные с высоковольтным источником напряжения и снабженный системой подачи рабочего тела. Однако и этот двигатель способен лишь частично использовать рабочее тело

В качестве прототипа 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 по джига 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 импульсный ракетный двигатель [3] Особенность этого импульсного ракетного двигателя состоит в том, что система подачи и поджига выполнена в виде прозрачной диэлектрической трубки, заполненной инертным газом, на торцах которой установлены анод и катод, а рабочее тело выполнено в виде цилиндрического усеченного конуса из светопоглощающего материала, обращенного широким основанием в сторону к сверхзвуковому соплу, а диэлектрическая прозрачная трубка установлена по оси симметрии цилиндрического усеченного конуса.

К недостаткам такого импульсного ракетного двигателя относится то, что он имеет малый ресурс работы, связанный с отсутствием системы охлаждения. При нескольких сотен импульсов электрических разрядов светопрозрачная диэлектрическая труба, выполненная, как правило, из кварцевого стекла, разогревается до температуры плавления, что сопровождается изменением ее форы, а следовательно и нужным распределением светового потока.

Предлагаемый импульсный детонационный двигатель содержит систему подачи и поджига, выполненную в виде прозрачной диэлектрической трубки, заполненной инертным газом, на торцах которой установлены анод и катод, подключенные с высоковольтному источнику напряжения и высоковольтному конденсатором, а рабочее тело выполнено из светопоглощающегося материала и сверхзвукового сопла.

К особенностям вновь предлагаемого двигателя относится то, что прозрачная диэлектрическая трубка снабжена дополнительной прозрачной трубкой с торцами и патрубками, образующими замкнутый контур, заполненный светопрозрачной жидкостью содержащий насос и охладитель. К другой особенности можно отнести то, в качестве светопрозрачной жидкости используется дистиллированная вода.

На фиг.1 схематично изображен предлагаемый импульсный детонационный реактивный 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 из светопоглощающегося материала 7 и сверхзвукового сопла 8. К особенностям такого двигателя можно отнести то, что, прозрачная диэлектрическая трубка 1 снабжена дополнительной прозрачной трубкой 9 с торцами 10 и патрубками 11, образующими замкнутый контур 12, заполненный светопрозрачной жидкостью содержащий насос 13 и охладитель 14. Родовое понятие «охладитель» включает в себя все особенности проточного теплообменника, работающего, например, на расплавлении аккумулирующего материала через который прокачивается через развитую поверхность (например спирали) охлаждаемая светопрозрачная жидкость или любой тип холодильной установки, не допускающий смешивание хладагаента холодильной установки и светопрозрачной жидкости.

Требования к светопрозрачной жидкости - световая стойкость и отсутствие продуктов разложения под действием мегаватных вспышек света. При использовании воды необходимо дистиллировать для избегания взрывных режимов вскипания на возможных микрочастицах.

Работает предлагаемый импульсный детонационный двигатель следующим образом. При подключении анода 3 и катода 4 к импульсному источнику напряжения 5 и высоковольтному конденсатору 6 между анодом 3 и катодом 4 осуществляется электрический разряд с получением низкотемпературной плазмы с температурой до 30.000 К. Основная часть (до 70-80),энергии выделяется в виде световой энергии, которая проходит через диэлектрическую прозрачную трубку 1 и светопрозрачную жидкость и до дополнительную светопрозрачную трубку 9 выделяется на светопоглощающем материале усеченного конуса. Высокий коэффициент преобразования электрического разряда в световую энергию достигается за счет заполнения диэлектрической прозрачной трубки 1 инертным газом. Использование других газов нецелесообразно по многим причинам (сильная эрозия катода и анода, пониженные температуры на поверхности светопоглощающего материала). Благодаря своей форме выполненной в виде цилиндрического усеченного конуса температура в узком сечении этого конуса существенно выше, чем широкого сечения, что создает мощный гидродинамический импульс в направлении сверхзвукового сопла 8. Импульс создается за счет поверхностного испарения светопоглощающегося материала. Электрической разряд осуществляется в замкнутой герметичной светопрозрачной трубке 1, что позволяет добиваться воспроизводимого гидродинамического импульса в зависимости от энергии разряда.

Техническим результатом можно признать получение сверхзвуковых скоростей на выходе из сопла и при наличии системы охлаждения существенно увеличить число импульсов без изменения формы прозрачной диэлектрической трубки 1.

В предложенном импульсном детонационном двигателе нет проблем запуска разряда, нет проблем с подачей рабочего тела, поскольку рабочее тело твердое и нет необходимости его перемещать. При освоении Луны в качестве рабочего тела можно использовать спеченный лунный реголит. Плотность излучения от предложенного импульсного источника света позволяет при небольших зазорах испарять даже вольфрам, который не совсем пригоден в качестве рабочего тела, поскольку температура испарения этого металла весьма значительна

В качестве свеопоглощающего материала можно использовать

Источники информации:

1. Патент RU №2007107310 - Импульсный электрический реактивный двигатель

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

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

Детонационный реактивный двигатель с системой охлаждения 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 к высоковольтному источнику напряжения 5 и высоковольтному конденсатору 6, а рабочее тело выполнено из светопоглощающего материала 7 и сверхзвукового сопла 8. Прозрачная диэлектрическая трубка 1 снабжена дополнительной прозрачной трубкой 9 с торцами 10 и патрубками 11, образующими замкнутый контур 12, заполненный светопрозрачной жидкостью 13, содержащий насос 14 и охладитель 15. В качестве светопрозрачной жидкости 13 используется дистиллированная вода. Техническим результатом можно признать получение сверхзвуковых скоростей на выходе из сопла и при наличии системы охлаждения существенно увеличить число импульсов без изменения формы прозрачной диэлектрической трубки. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Детонационный реактивный двигатель с системой охлаждения, 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 материала 7 и сверхзвукового сопла 8, отличающийся тем, что прозрачная диэлектрическая трубка 1 снабжена дополнительной прозрачной трубкой 9 с торцами 10 и патрубками 11, образующими замкнутый контур 12, заполненный светопрозрачной жидкостью 13, содержащий насос 14 и охладитель 15.

2. Детонационный ракетный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что в качестве светопрозрачной жидкости 13 используется дистиллированная вода.