Система хранения и подачи рабочего тела с возможностью быстрого регулирования расхода Российский патент 2024 года по МПК F03H1/00 

Область техники

Изобретение относится к космической технике, в частности к системе хранения и подачи рабочего тела для электрических ракетных двигателей (ЭРД). Изобретение предназначено для прецизионной подачи рабочего тела в газоразрядную камеру электрического ракетного двигателя с возможность быстрого изменения расхода. Принцип действия изобретения основан на изменении гидродинамического сопротивления термодросселя, в частности вязкости в зависимости от температуры.

Уровень техники

Известен аналог - изобретение HALL THRUSTER FOR USE WITH A CONDENSABLE PROPELLANT (патент US9334855B1, опубликован 10.05.2016). Изобретение относится к области электроракетных двигателей, в частности к электроракетным двигателям и системам хранения и подачи в них рабочего тела. Изобретение включает электроракетный двигатель, состоящий из плазменного ускорителя, катода компенсатора, электрической цепи и систему хранения и подачи рабочего тела, состоящей из бака для хранения рабочего тела, устройство для понижения давления и устройство для распределения потока рабочего тела и электрическую цепь.

Расход рабочего тела зависит от скорости конденсации рабочего тела в пористой среде и от вязкости паров рабочего тела. Чем ниже температура поверхности фильтра, тем с большей скоростью будет происходит конденсация паров рабочего тела, что обеспечит запирание потока и снижение расхода. С другой стороны, скорость фильтрации зависит от вязкости паров рабочего тела, при росте температуры, вязкость паров растет и скорость фильтрации уменьшается, что приводит к уменьшению расхода.

Расход рабочего тела определяется законом Дарси [DOI: 10.1016/B978-0-12-809670-3.00002-3]:

(1)

где - коэффициент проницаемости, который зависит от свойств пористого материала

S - площадь поперечного сечения фильтра

L - длина фильтра

- перепад давления на входе и выходе

- вязкость паров рабочего тела

Вязкость паров йода определяется выражением [Polzin K. A. et al. The iodine satellite (iSat) propellant feed system-design and development //International Electric Propulsion Conference (IEPC). - 2017. - №. IEPC-2017-11.]:

, (2)

где = (0.25±0.36)⋅10-5 , = (417±41) K

График зависимости вязкости паров йода от температуры указан на Фиг. 1.

Скорость фильтрации в каждом из направлений [Баренблатт Г. И., Ентов В. М., Рыжик В. М. Теория нестационарной фильтрации жидкости и газа. - 1972.]

(3)

где - вязкость паров рабочего тела

- коэффициент проницаемости, который зависит от свойств пористого материала в определенном направлении

Для газообразных рабочих тел в случае, если температура поверхности фильтра выше температуры конденсации данного рабочего тела снижение расхода будет достигаться увеличением температуры паров рабочего тела - увеличится вязкость и снизится скорость фильтрации.

Для случая, если температура поверхности пористого тела ниже температуры конденсации паров рабочего тела, будет происходить конденсация и запирание потока. Скорость осаждения паров рабочего тела будет тем выше, чем ниже температура поверхности пористого тела.

Поток частиц, исходящий (испаряемый) с поверхности тела определяется зависимостью Герцена-Кнудсена [Miyamoto, S. “A Theory on the Rate of Sublimation” Trans. Faraday Soc., 1933, Vol 29, pp.794-797]:

(4)

где - давление окружающей среды,

(T) - давление насыщенных паров йода,

- коэффициент прилипания молекул газа на поверхность,

- масса молекулы двухатомарного йода,

T - температура.

Давление насыщенных паров йода определяется зависимостью [NIST Iodine Gas Phase Thermochemistry Data National Institute of Standards and Technology, URL: http://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?Name=Iodine, дата обращения: 21.06.23]:

(5)

где A = 3.36, B = 1039, C = -146.59

График зависимости давления насыщенных паров йода от температуры указан на Фиг. 2.

При уменьшении температуры пористой среды скорость осаждения паров йода увеличивается и расход снижается.

Недостатком является то, что для случая если нужно изменить расход рабочего с помощью снижения температуры пористого тела, то необходимо перекрыть клапаны и дождаться охлаждения пористого тела, в противном случае необходимо использовать устройства принудительного охлаждения. Как было указано выше, скорость охлаждения будет тем ниже, чем ниже диапазон температур, при которых необходимо осуществить охлаждение. Поэтому для увеличения точности расхода необходимо использовать систему термодросселей, которая будет обеспечивать снижение колебаний расхода в требуемом диапазоне температур.

Известен аналог - изобретение IODINE FUELED PLASMA GENERATOR SYSTEM (патент US8610356B2, опубликован 17.12.2013). Изобретение относится к области электроракетных двигателей, в частности к электроракетным двигателям и системам хранения и подачи в них рабочего тела. Изобретение включает генератор плазмы, нагревательное устройство, систему с обратной связью, которая снимает показания датчиков и контролирует расход паров йода. Изобретение может включать по меньшей мере один аккумуляторный сосуд, соединенный с по меньшей мере одним накопительным сосудом. Подсистема с обратной связью может включать в себя термодроссель, который используется для контроля расхода паров рабочего тела путем модуляции вязкости.

Недостатком является то, что в случае, если нужно увеличить расход рабочего тела, то нужно снизить температуру термодросселя, снизив вязкость. В данном случае скорость снижения расхода зависит от скорости охлаждения термодросселя, более подробно данная зависимость рассмотрена в недостатках первого изобретения.

На фигуре 1 из патента US8610356B2, опубликован 17.12.2013 для увеличения скорости охлаждения придется использовать устройства принудительного охлаждения, например холодильник излучатель с системой теплоносителей и насосом или элементы Пельтье, что требует значительных издержек по массе и подводимой мощности, что является крайне нежелательным в космической технике, где основными критериями является снижение массы, объема и потребляемой бортовой мощности.

Вторым недостатком является наличие 3-ёх электромагнитных клапанов (23,54,56), датчика давления (30) и промежуточного сосуда, где хранится газообразное рабочее тело на фигуре 2 из патента US8610356B2, опубликован 17.12.2013. Эти элементы увеличивают массу и бортовое энергопотребление.

Третий недостаток - это использование насоса и датчиков давления на фигуре 1 из патента US8610356B2, опубликован 17.12.2013.

Рассмотренные недостатки предполагают использование элементов, которые приводят к росту массогабаритных характеристик и бортового энергопотребления, что является крайне нежелательным в космической технике, в особенности на МКА, где основными критериями оптимизации являются снижение массогабаритных характеристик и потребляемой ограниченной бортовой мощности. Это необходимо для достижения наилучших итоговых характеристик - времени миссии, стоимости запуска, характеристики полезной нагрузки.

Известен прототип - изобретение СИСТЕМА ХРАНЕНИЯ И ПОДАЧИ ИОДА (патент RU2557789C2, опубликован 27.07.2015). Изобретение относится к области электроракетных двигателей, в частности к системам хранения и подачи в них рабочего тела (йода). Изобретение включает цилиндрическую емкость с йодом, которая сообщена с электроракетным двигателем трубопроводом с клапаном, на днище внутри цилиндрической емкости со стороны трубопровода установлена пористая шайба, контактирующая с кристаллическим йодом, причем цилиндрическая емкость со стороны, противоположной трубопроводу, содержит фланец и подпружиненный относительно него поршень, контактирующий с другой стороны с кристаллическим йодом, при этом нагреватель снабжен электрической изоляцией, контактирующей снаружи с днищем емкости со стороны трубопровода. Причем в системе подачи йода поршень выполнен составным в виде наружного стакана, контактирующего с цилиндром емкости, и вставленного в него внутреннего стакана, при этом днища стаканов обращены в разные стороны и между его днищами установлена пружина. Изобретение направлено на обеспечение стабильной подачи йода при любом расположении цилиндрической емкости в условиях гравитации и микрогравитации.

Недостатком указанного изобретения является то, что точность подачи рабочего тела обеспечивается только температурой нагрева пористой шайбы с рабочим телом (12) на фигуре 2, патент RU2557789C2, опубликован 27.07.2015. При незначительном изменении температуры поверхности шайбы (12) расход рабочего тела может значительно измениться из-за того, что зависимость давления насыщенных паров рабочего тела от температуры выражена зависимостью типа . Вторым важным недостатком является отсутствие термодросселя, который может стабилизировать колебания расхода паров йода при изменении температуры поверхности шайбы с йодом от заданного значения, в патенте указан трубопровод, который не имеет линии электрической связи с блоком управления, который бы обеспечивал необходимое изменение температуры для стабилизации расхода рабочего тела.

Третьим недостатком является отсутствие возможности быстро снизить расход - при достижении шайбы с йодом (12) определенной температуры необходимо перекрыть клапан (4) и дождаться снижения температуры шайбы (12) до необходимого значения, при котором будет обеспечен нужный расход. Таким образом скорость изменения расхода равна скорости остывания шайбы (12) с помощью лучистого теплообмена, которая пропорциональна площади поверхности остывающего тела (тел), его удельной теплоёмкости, температуре поверхности в 4-ой степени и излучательной способности серого тела, так же затрачивается время и энергия на открытие и закрытие клапана.

(6)

где - мощность излучения при температуре , - энергия, отданная с помощью лучистого теплообмена за интервал времени , - теплоёмкость, площадь поверхности охлаждаемого тела, - излучательная способность серого тела, - постоянная Стефана-Больцмана.

Характер скорости остывания тела в вакууме представлена на Фиг. 3. Для исходных данных была взята медная пластина с размерами 10 мм, 10 мм и 1 мм, начальная температура 100 С°.

График зависимости температуры поверхности охлаждаемого тела (пластины) от времени указан на Фиг. 3.

Тело охлаждается с помощью лучистого теплообмена интенсивнее, если его поверхность имеет более высокую температуру. По мере охлаждения и снижения температуры, мощность излучения становится всё ниже и нужно больше времени на дальнейшее снижение температуры. В случае если нужно снизить расход рабочего тела с помощью радиационного охлаждения при работе в диапазоне низких температур это может потребовать значительного времени для снижения температуры до требуемой.

Альтернативным решением является использование устройств принудительного охлаждения, например, холодильник излучатель с системой теплоносителей и насосом или элементы Пельтье, что приведет к росту массогабаритных характеристик и бортового энергопотребления. В космической технике одной из основных задач является снижение массогабаритных параметров и уменьшение потребления бортовой энергии, в особенности на МКА. Это необходимо для получение наилучших итоговых характеристик - время миссии, стоимость запуска, характеристики полезной нагрузки, поэтому использование дополнительных устройств для принудительного снижения температуры поверхности шайбы с йодом является крайне затратным и может быть оправдано только в определенных случаях, где невозможно применить менее затратные по ресурсам системы.

Раскрытие изобретения

Задачами предлагаемого изобретения являются:

- улучшение следующих характеристик:

- уменьшение занимаемых двигательной установкой, включающей систему хранения и подачи рабочего тела, массы и объема для выполнения маршевых операций, коррекции и поддержания орбиты КА, его ориентации, маневров между орбитами, увода КА в конце его срока активного существования за счёт отсутствия датчиков давления;

- увеличение эффективности использования рабочего тела за счёт снижения суммарного объема всей системы;

- увеличение точности регулирования расхода рабочего тела;

- увеличение скорости изменения расхода рабочего тела

Для решения задач и достижения технического результата предлагается система хранения и подачи рабочего тела с возможностью быстрого регулирования расхода:

- бак для хранения рабочего тела с управляемым нагревателем, объем которого герметично соединён с термодросселями

- минимум 2 термодросселя разных диаметров

- минимум 2 нагревателя для каждого термодросселя

- минимум 1 электромагнитный клапан

- минимум 2 термодатчика для каждого из термодросселей

- минимум 1 термодатчик бака для хранения рабочего тела

- блок управления

- управляющие шины, которые осуществляют управление нагревателем бака для хранения рабочего тела и нагревателями термодросселей

- минимум две линии электрической связи, которые передают информацию от 2 термодатчиков термодросселей и одну линию электрической связи, которая передает информацию от термодатчика бака для хранения рабочего тела в блок управления

Бак для хранения рабочего тела содержит устройство для сублимации рабочего тела, устройство для подачи рабочего тела в область сублимации, штуцер, который обеспечивает герметичное соединение внутреннего объема бака с термодросселями, минимум один нагреватель, минимум один термодатчик и минимум одну шину управления.

Устройством для сублимации рабочего тела является сублиматор, который представляет собой пластину с отверстиями определенной формы либо микроканалами определенной формы, либо набор пластин, которые соосно расположены на заданном расстоянии, либо фильтр, с определенным коэффициентом проницаемости, который зависит от свойств пористого материала, а также вариации описанных устройств.

Устройством для подачи рабочего тела является пружина или система пружин сжатия или растяжения, либо сервопривод. Механическая связь между йодной шайбой и движущимися частями устройств для подачи рабочего тела осуществляется с помощью гибкой или жесткой связи, например, нить и шток.

Термодроссель представляет из себя гибкую или жесткую трубку с заданным диаметром.

Узлы системы система хранения и подачи рабочего тела с возможностью быстрого регулирования расхода, которые контактируют с йодом должны быть изготовлены из химически стойких материалов, которые могут выдержать воздействие йода, который может находится в твердом, жидком или парообразном состоянии в диапазоне температур от -60 до 120 С°. Так же данные материалы, должны быть устойчивы к вибрациями и ударам, которые могут возникать при выведении МКА на заданную орбиту с помощью ракетоносителя. Материалы, которые наименьшим образом подвержены коррозии являются чистый вольфрам, коррозия не происходит, чистый молибден, коррозия за год составляет 0.003 мм за год, чистый тантал, коррозия за год составляет 0.005 мм, сплав Inconel 625 коррозия за год составляет 0.057 мм при температуре 300 С°. При температуре до 100 С° полностью устойчив к йоду чистый никель, сплав Inconel 625, Inconel 600, Hastelloy B, Hastelloy C, чистая платина, чистое золото, чистый вольфрам, чистый молибден, чистый тантал, сплав стали AISI 316 и AISI 304. Не допускается использование чистого алюминия, меди, олова, железа. Наличие паров воды может значительно увеличить скорость коррозии определенных материалов, так как вода способствует разложению защитной оксидной пленки, поэтому очень важно удалить пары воды из бака для хранения и подачи рабочего тела. (ссылка Propulsion System Development for the Iodine Satellite (iSAT) Demonstration Mission).

Перечень фигур

На Фиг. 1 представлен график зависимости вязкости паров йода от температуры.

На Фиг. 2 представлен график зависимости давления насыщенных паров йода от температуры

На Фиг. 3 представлен график зависимости температуры поверхности охлаждаемого тела (пластины) от времени.

На Фиг. 4 представлена конструктивная блок-схема предлагаемой системы хранения и подачи рабочего тела с возможностью быстрого регулирования расхода.

На Фиг. 5 представлены блок-схемы баков для хранения рабочего тела с внутренним механизмом подачи. На Фиг. 5 (а) представлена блок-схема для хранения рабочего тела с сублиматором и тремя пружинами сжатия, которые прижимают йодную шайбу к сиблиматору. На Фиг. 5 (б) представлена блок-схема для хранения рабочего тела с фильтром и тремя пружинами сжатия, которые прижимают йодную шайбу к фильтру. На Фиг. 5 (в) представлена блок-схема для хранения рабочего тела с сублиматором и сервоприводом, шток которого прижимает йодную шайбу к сублиматору. На Фиг. 5 (г) представлена блок-схема для хранения рабочего тела с фильтром и сервоприводом, шток которого прижимает йодную шайбу к фильтру.

На Фиг. 6 представлены блок-схемы баков для хранения рабочего тела с вынесенным механизмом подачи. На Фиг. 6 (а) представлена блок-схема для хранения рабочего тела с сублиматором и пружиной растяжения, которая соединена с помощью нити со штоком для подачи рабочего тела. При растяжении пружины йодная шайба прижимается к сублиматору. На Фиг. 6 (б) представлена блок-схема для хранения рабочего тела с сублиматором и сервоприводом, шток которого соединен с помощью нити со штоком для подачи рабочего тела. При движении штока сервопривода йодная шайба прижимается к сублиматору. На Фиг. 6 (в) представлена блок-схема для хранения рабочего тела с фильтром и пружиной сжатия, которая соединена с помощью нити со штоком для подачи рабочего тела. При сжатии пружины йодная шайба прижимается к фильтру. На Фиг. 6 (г) представлена блок-схема для хранения рабочего тела с фильтром и сервоприводом, шток которого соединен с помощью нити со штоком для подачи рабочего тела. При движении штока сервопривода йодная шайба прижимается к фильтру.

На Фиг. 7 представлены значения расходов паров йода через сублиматор, содержащий 56 отверстий с диаметрами 0.1 мм, 0.2 мм и 1 мм и термодроссель с длиной 60 мм и внутренним диаметром 0.5 мм, температура стенок которого равна 100°C c шагом 5°C. На Фиг. 7 (а) для отверстий с диаметром d=0.1 мм; на Фиг. 7 (б) для отверстий с диаметром d=0.2 мм; на Фиг. 7 (в) для отверстий с диаметром d=1 мм.

Осуществление изобретения

Система хранения и подачи рабочего тела с возможностью быстрого регулирования расхода состоит из следующих элементов с их функциями:

- бака для хранения рабочего тела (1), который служит для хранения и сублимации рабочего тела, которая осуществляется под воздействием поступающего тепла от нагревателя бака для хранения рабочего тела (2);

- бака для хранения рабочего тела (1), включающий в себя область сублимации, где установлен сублиматор (22), представляющий собой пластину с отверстиями, либо микроканалами, либо набор пластин, которые расположены на определенном расстоянии друг от друга вдоль основной оси бака, таким образом, чтобы снизить давление потока рабочего тела и равномерно его распределять, дросселировать; бак для хранения рабочего тела (2) герметично соединяется со штуцером (26) с помощью резьбового соединения, паянного соединения, сварного соединения, клеевого соединения либо возможных вариаций указанных типов соединений для обеспечения необходимой герметичности и коррозионной стойкости при работе в условиях высоких и низких температур, резких колебаний температур, высокой химической активности рабочего тела, контактирующего с узлами бака, а так же механических нагрузок, вибраций низких и высоких частот, ударных нагрузках; рабочее тело подается с помощью пружины (24). На Фиг. 5 (а) в области сублимации установлен сублиматор (22), который представляет собой пластину с отверстиями, которая обеспечивает дросселирование потока рабочего тела. На Фиг. 5 (б) в области сублимации установлен фильтр (27), который представляет собой пористое тело с заданной пористостью, который обеспечивает дросселирование потока рабочего тела, благодаря изменению гидродинамического сопротивления фильтра, скорости адсорбции и абсорбции рабочего тела на поверхности фильтра, изменению давления насыщенных паров рабочего тела в области сублимации; рабочее тело подается с помощью пружины (24). На Фиг. 5 (в) подача рабочего тела осуществляется с помощью сервопривода, который состоит из шагового двигателя (33) и штока сервопривода (34), по мере движения штока рабочее тело прижимается к сублиматору (22). На Фиг. 5 (г) подача рабочего тела осуществляется с помощью сервопривода, который состоит из шагового двигателя (33) и штока сервопривода (34), по мере движения штока рабочее тело прижимается к фильтру (27). На Фиг. 6 (а) представлен бак с вынесенным пружинным механизмом подачи рабочего тела, которое состоит из нити (29), которая соединена с фланцем (28) с одной стороны и штоком для подачи рабочего тела (36). Вынесенный пружинный механизм состоит из соединенных между собой фланца (28), пружины (24) и фланца ответного (31), который крепится к корпусу бака для хранения рабочего тела (32) с помощью клеевого соединения, сварного соединения, паянного соединения, винтового соединения и возможных вариаций указанных типов соединений. Дросселирование потока рабочего ела осуществляется с помощью сублиматора (22). На Фиг. 6 (б) представлен бак с вынесенным механизмом подачи рабочего тела, которое состоит из нити (29), которая соединена с фланцем (28) с одной стороны и штоком для подачи рабочего тела (36). Вынесенный механизм состоит из соединенных между собой фланца (28), устройства намотки нити (35), которое крепится к корпусу бака для хранения рабочего тела (32) с помощью клеевого соединения, сварного соединения, паянного соединения, винтового соединения и возможных вариаций указанных типов соединений. Дросселирование потока рабочего ела осуществляется с помощью сублиматора (22); На Фиг. 6 (в) представлен бак с вынесенным пружинным механизмом подачи рабочего тела, которое состоит из нити (29), которая соединена с фланцем (28) с одной стороны и штоком для подачи рабочего тела (36). Вынесенный пружинный механизм состоит из соединенных между собой фланца (28), пружины (24) и фланца ответного (31), который крепится к корпусу бака для хранения рабочего тела (32) с помощью клеевого соединения, сварного соединения, паянного соединения, винтового соединения и возможных вариаций указанных типов соединений. Дросселирование потока рабочего ела осуществляется с помощью фильтра (27). На Фиг. 6 (г) представлен бак с вынесенным механизмом подачи рабочего тела, которое состоит из нити (29), которая соединена с фланцем (28) с одной стороны и штоком для подачи рабочего тела (36). Вынесенный механизм состоит из соединенных между собой фланца (28), устройства намотки нити (35), которое крепится к корпусу бака для хранения рабочего тела (32) с помощью клеевого соединения, сварного соединения, паянного соединения, винтового соединения и возможных вариаций указанных типов соединений. Дросселирование потока рабочего тела осуществляется с помощью фильтра (27);

- генератора плазмы (21), который представляет собой газоразрядную камеру замкнутой кольцевой формы, имеющей внутреннюю полость любого поперечного сечения, выполненную из диэлектрического материала, а также системы генерации плазмы. Генератор плазмы (21) герметично соединен с термодросселями (8,9,10);

- термодросселей (8,9,10) с разными внутренними диаметрами, имеющие тепловой контакт с нагревателями (14,15,16). Изменение температуры паров рабочего тела позволяет изменить вязкость и гидродинамическое сопротивление, что позволяет обеспечить контроль за расходом паров рабочего тела. Термодроссели (8,9,10) герметично соединены со штуцером (26);

- электромагнитного клапана (5), осуществляющего распределение потока паров рабочего тела между тремя термодросселями (8,9,10);

- термодатчиков термодросселей (11,12,13) передающие информацию о температуре на блок управления (6);

- блока управления (6), который получает информацию о температуре от термодатчиков термодросселей (11,12,13), термодатчика нагревателя бака для хранения рабочего тела (3) и информацию о токе от генератора плазмы (21). На основании полученных показаний блок управления (6) осуществляет управление нагревателями термодросселей (11,12,13), нагревателем бака для хранения рабочего тела (2) и электромагнитным клапаном (5);

Систему хранения и подачи рабочего тела с возможностью быстрого регулирования расхода предлагается использовать в составе корректирующей двигательной установки (КДУ) на космических аппаратах для их довыведения с опорной на целевую орбиту, коррекции и поддержания орбиты, прецизионной ориентации, разгрузки систем ориентации, маневров между орбитами, межпланетных перелетов, увода КА с целевой орбиты в конце его срока активного существования (САС).

Основной из ключевых задач при создании КДУ для МКА является обеспечение следующих характеристик: минимальная масса, габариты и энергопотребление. Использование таких рабочих тел как ксенон, аргон, криптон требует наличия клапанов высокого давления, газовых редукторов, что значительно увеличивает массу и объем, а также требует затрат энергии от бортового источника. Одним из решений является использование рабочих тел в твердом агрегатном состоянии, которые обладают следующими параметрами: большая плотность, твердое агрегатное состояние (не переходит в жидкое) при температуре до 65°C, возможность сублимации в диапазоне температур 50°C - 200°C, низкий потенциал ионизации, низкие значения энергии для создания требуемого потока паров рабочего тела. Сравнительная характеристика рабочих тел указана в таблице 1.

Таблица 1. Сравнительная характеристика рабочих тел [Younglove B. A., Olien N. A. Tables of industrial gas container contents and density for oxygen, argon, nitrogen, helium, and hydrogen. - United States. Government Printing Office., 1985. - №. NBS technical note 1079., Raizer Y. P., Allen J. E. Gas discharge physics. - Berlin: Springer, 1991. - Т. 1. - С. 52.]

Рабочее тело Масса рабочего тела, содержащаяся в 1,000 см³, [г] Потенциал ионизации, [эВ] I₂ 4900 10.45 Kr 500 14 Xe 1600 12.1 Ar
N₂ 536
186 15.7
15.58

На основании проведенного анализа оптимальным рабочим телом является йод. Он обладает наибольшей плотностью, низким потенциалом ионизации. Температура плавления йода равна 113.5°C.

Использование сублиматора (22) или фильтра (27) позволяет снизить сильную зависимость температуры поверхности йодной шайбы от расхода, что позволяет варьировать расход в меньших диапазонах и плавно варьировать его.

Для сублиматора, который содержит 56 отверстий с диаметрами 0.1, 0.2 и 1 мм и при наличии термодросселя с внутренним диаметром 0.5 мм и длиной 60 мм при температуре 100°C были получены значения расходов, которые представлены в таблице 2 и на Фиг. 7.

Таблица 2. Результаты численного моделирования течения паров йода через сублиматор, содержащий 56 отверстий с диаметрами 0.1 мм, 0.2 мм и 1 мм и термодросселем с длиной 60 мм и внутренним диаметром 0.5 мм, температура стенок которого равна 100°C.

Температура поверхности сублиматора, °C Давление на входе, у поверхности сублиматора, Pa Давление на выходе, область соединения термодросселя с газоразрядной камерой, Pa Массовый расход паров йода, мг/сек для отверстий с диаметром 0.1 мм Массовый расход паров йода, мг/сек для отверстий с диаметром 0.2 мм Массовый расход паров йода, мг/сек для отверстий с диаметром 1 мм 65 810 3,5 0.036 0,048 0,048 70 1180 3,5 0.064 0,083 0,0841 75 1590 3,5 0.112 0,15 0,15 80 2120 3,5 0.197 0,25 0,25 85 2790 3,5 0.34 0,43 0,44 90 3620 3,5 0.57 0,72 0,72 95 4650 3,5 0.92 1,13 1,14 100 5900 3,5 1.52 1,77 1,82

Изобретение относится к космической технике, в частности к системе хранения и подачи электрических ракетных двигателей (ЭРД. Система хранения и подачи рабочего тела с возможностью быстрого регулирования расхода содержит бак для хранения рабочего тела, термодроссель, нагреватель, электромагнитный клапан, термодатчики, блок управления. Бак для хранения рабочего тела имеет тепловой контакт с нагревателем бака для хранения рабочего тела, который имеет линии электрической связи с системой питания нагревателей и блоком управления. Внутренний объем бака для хранения рабочего тела герметично соединен с электромагнитным клапаном, имеющим линии электрической связи с системой питания электромагнитного клапана и блоком управления. Электромагнитный клапан имеет герметичные соединения минимум с 2-мя термодросселями с разными проводимостями, имеющими тепловой контакт минимум с двумя нагревателями термодросселей, которые имеют линии электрической связи с системой питания нагревателей и блоком управления. Число нагревателей соответствует числу термодросселей. Термодроссели имеют герметичные соединения с генератором плазмы. Каждый термодроссель имеет тепловой контакт с термодатчиком, который имеет линии электрической связи с системой питания термодатчиков и блоком управления. При реализации заявленного изобретения обеспечивается уменьшение занимаемых двигательной установкой массы и объема, увеличение эффективности использования рабочего тела, увеличение скорости изменения расхода рабочего тела. 15 ил.

Система хранения и подачи рабочего тела с возможностью быстрого регулирования расхода, содержащая бак для хранения рабочего тела, термодроссель, нагреватель, электромагнитный клапан, термодатчики, блок управления, отличающаяся тем, что бак для хранения рабочего тела имеет тепловой контакт с нагревателем бака для хранения рабочего тела, который имеет линии электрической связи с системой питания нагревателей и блоком управления, при этом внутренний объем бака для хранения рабочего тела герметично соединен с электромагнитным клапаном, имеющим линии электрической связи с системой питания электромагнитного клапана и блоком управления, при этом электромагнитный клапан имеет герметичные соединения минимум с 2-мя термодросселями с разными проводимостями, имеющими тепловой контакт минимум с двумя нагревателями термодросселей, которые имеют линии электрической связи с системой питания нагревателей и блоком управления, при этом число нагревателей соответствует числу термодросселей, при этом термодроссели имеют герметичные соединения с генератором плазмы, при этом каждый термодроссель имеет тепловой контакт с термодатчиком, который имеет линии электрической связи с системой питания термодатчиков и блоком управления.