Плунжерный электротермический двигатель Российский патент 2024 года по МПК F02K7/00 B64G1/26 F16K11/10 

Изобретение относится к реактивным двигательным установкам, в частности может быть использовано для коррекции орбиты и ориентации малых космических аппаратов.

Известен электротермический двигатель (Патент RU 2759164 С1, МПК B64G 1/26), работа которого основана на испарении рабочего тела в нагревательном элементе и последующим его ускорением в сопле. Подача рабочего тела осуществляется из бака по вытеснительной схеме. Испарение рабочего тела и разгон паров до звуковой скорости происходят в капиллярной трубке. Нагрев трубки осуществляется за счет пропускания через нее электрического тока. На конце трубки установлено сверхзвуковое сопло для дальнейшего ускорения потока.

Недостатком такого двигателя является ограничение давления в капиллярной трубке давлением в баке, что приводит к снижению мощности двигателя.

Целью изобретения является повышение мощности двигателя за счет повышения давления в капиллярной трубке.

Указанная цель достигается тем, что в импульсном электротермическом двигателе, содержащем бак для рабочего тела, управляющий клапан, нагреватель, выполненный в виде капиллярной трубки из электропроводящего материала, токоподводы и сопло, управляющий клапан выполнен в виде плунжерного клапана, содержащего корпус с входным и выходным отверстиями, плунжер с наконечником выполненным в виде золотника и привод плунжера, причем длина наконечника плунжера выбрана таким образом, что в крайнем заднем положении плунжера, когда входное отверстие корпуса открыто, выходное отверстие корпуса закрыто золотником, а при движении плунжера вперед сначала открывается выходное отверстие корпуса, а затем плунжер полностью перекрывает входное отверстие корпуса

Плунжерный электротермический двигатель схематически показан на фиг. 1. На фиг. 2 показано состояние клапана при заполнении плунжерной полости рабочим телом. На фиг. 3 показано состояние клапана при начале подачи рабочего тела в нагреватель 3. На фиг. 4 показано состояние клапана в промежутках между импульсами.

Жидкое рабочее тело находится в баке 1 под небольшим давлением, создаваемым поршнем с пружиной или наддувом. На выходе бака установлен управляющий клапан 2. К выходу клапана 2 присоединен нагреватель 3, выполненный в виде капиллярной трубки, с токоподводами 3.1 и 3.2. Второй конец капиллярной трубки соединен с соплом 5. Управляющий клапан 2 состоит из корпуса 2.1 с входным 2.5 и выходным 2.6 отверстиями, плунжера 2.2 с наконечником 2.3, выполненным в виде золотника, и привода 2.4 золотника. В корпусе 2.1 установлено уплотнение 2.7 плунжера. На переднем торце плунжера 2.2 установлен упруго-эластичный уплотнительный элемент 2.8.

Двигатель работает следующим образом. При неработающем двигателе (фиг. 4) плунжер 2.2 находится в крайнем переднем положении и бак 1 заперт уплотнениями 2.7 и 2.8. После включения привода 2.4 плунжера 2.2, плунжер 2.2 движется назад. Крайнее заднее положение плунжера 2.2 показано на фиг. 2. В этом положении плунжерная полость сообщается с баком 1, а выход из плунжерной полости в нагреватель 3 закрыт наконечником 2.3 плунжера 2.2. В таком положении плунжера 2.2 происходит заполнение плунжерной полости жидким рабочим телом. Одновременно производится нагрев нагревателя 3 путем подачи напряжения на токоподводы 3.1 и 3.2.

После заполнения плунжерной полости управляющего клапана 2 и нагрева капиллярной трубки до необходимой температуры производится включение привода 2.4 золотника 2.2 на движение вперед. При движении плунжера 2.2 вперед происходит закрытие впускного 2.5 и открытие выпускного 2.6 отверстий, причем выпускное 2.6 отверстие открывается раньше закрытия впускного 2.5 отверстия и возможен возврат незначительного количества рабочего тела обратно в бак 1. При дальнейшем движении плунжера 2.2 вперед (фиг. 3) рабочее тело поступает под давлением в горячий нагреватель 3. Поскольку в это время гидравлическая связь плунжерной полости клапана 2 с баком 1 отсутствует, давление в нагревателе 3 зависит только от площади поперечного сечения плунжерной полости и мощности привода 2.4. Рабочее тело поступает в нагреватель 3, испаряется, далее пар перегревается и под большим давлением выходит через сопло создавая тягу.

В конце хода плунжера 2.2 уплотнительный элемент 2.8 упирается в дно плунжерной полости и герметизирует клапан 2. Положение плунжера показано на фиг. 4.

Изобретение позволяет повысить точность дозирования рабочего тела, а также эффективность двигателя за счет нагрева рабочего тела до высоких температур при больших давлениях и, соответственно, обеспечения большей термодинамической эффективности использования рабочего тела.

Изобретение относится к реактивным двигательным установкам. Плунжерный электротермический двигатель содержит бак для рабочего тела, управляющий клапан, нагреватель и сопло, согласно изобретению управляющий клапан выполнен в виде корпуса с входным и выходным отверстиями, снабженного плунжером с наконечником, выполненным в виде золотника, и приводом плунжера, причем длина наконечника плунжера выбрана таким образом, что в крайнем заднем положении плунжера, когда входное отверстие корпуса открыто, выходное отверстие корпуса закрыто золотником, а при движении плунжера вперед сначала открывается выходное отверстие корпуса, а затем плунжер полностью перекрывает входное отверстие корпуса. Передний торец плунжера снабжен упругоэластичным уплотнительным элементом. В корпусе плунжера между впускным отверстием и открытым концом плунжерной полости установлено упругоэластичное уплотнение. Изобретение обеспечивает повышение мощности двигателя за счет повышения давления в капиллярной трубке. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Плунжерный электротермический двигатель, содержащий бак для рабочего тела, управляющий клапан, нагреватель и сопло, отличающийся тем, что управляющий клапан выполнен в виде корпуса с входным и выходным отверстиями, снабженного плунжером с наконечником, выполненным в виде золотника, и приводом плунжера, причем длина наконечника плунжера выбрана таким образом, что в крайнем заднем положении плунжера, когда входное отверстие корпуса открыто, выходное отверстие корпуса закрыто золотником, а при движении плунжера вперед сначала открывается выходное отверстие корпуса, а затем плунжер полностью перекрывает входное отверстие корпуса.

2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что передний торец плунжера снабжен упругоэластичным уплотнительным элементом.

3. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что в корпусе плунжера между впускным отверстием и открытым концом плунжерной полости установлено упругоэластичное уплотнение.