ПЛАЗМЕННЫЙ УСКОРИТЕЛЬ С АНОДНЫМ СЛОЕМ Советский патент 1994 года по МПК H05H1/54 F03H1/00 

Изобретение относится к космической технике, в частности к электрореактивным двигательным установкам и к технологии плазменной обработки материалов, а также прикладному применению плазменных ускорителей.

Известны одноступенчатые ускорители с анодным слоем, содержащие магнитную систему, разрядную камеру, образованную анодом-газораспределителем и кольцевыми катодами, катод-компенсатор. Зоны ионизации и ускорения в этих ускорителях устанавливаются автоматически при горении разряда в скрещенных × -полях в области прианодного слоя шириной порядка нескольких ларморовских радиусов электрона.

Известен также ускоритель с анодным слоем, содержащий магнитную систему, разрядную камеру, состоящую из анода, содержащего газораспределитель и разрядную полость, кольцевых катодов, и катод-компенсатор.

Введение разрядной полости в аноде позволило, с одной стороны, стабилизировать разряд, с другой стороны - обеспечить более однородное распределение плотности плазмы в канале и несколько снизить поперечные градиенты электронного давления в слое ионизации и ускорения, что привело к повышению ресурса и КПД ускорителя.

Однако наличие единой анодной полости, в которую проникает разряд, не выравнивает концентрацию нейтронов и ионов по высоте разрядного слоя, так как в центре канала на границе полый анод - слой формируется ядро ионизации, что обуславливает достаточно высокий уровень радиальных градиентов электронного давления и расфокусировку ускоряемого потока ионов.

Целью изобретения является повышение ресурса и КПД ускорителя, а также снижение содержания продуктов эрозии катодных электродов в ускоренной плазме.

Указанная цель достигается тем, что в ускорителе с анодным слоем, содержащем разрядную камеру, состоящую из анода, образующего полость газового разряда и снабженного разораспределителем, и катодных электродов, магнитную систему, включающую магнитопроводы, внутренний и внешний магнитопроводы, внутренний и внешний магнитные полюса, магнитные экраны, катушки намагничивания, и катод-компенсатор, в полости анода вдоль направления ускорения плазмы установлены по меньшей мере два кольцевых элемента, электрически соединенные с анодом и разделяющие его полость на кольцевые секции, каждая из которых соединена газовым трактом с газораспределителем, при этом длина кольцевых элементов ограничена в разрядной камере вогнутой магнитной силовой поверхностью в межполюсном зазоре.

Введение анодных колец позволило разделить анодную полость на три и более полостей, в каждой из которых со стороны газораспределителя подбирается такой расход, что при заданном суммарном расходе через все полости по всей высоте анодного слоя обеспечивается одинаковая эффективность ионизации, т. е. выравнивается концентрация плазмы по всей его высоте. Иными словами, ядро ионизации разделяется на несколько мелких ядер, градиенты концентрации между которыми уменьшаются соответственно числу, причем ионный ток на стенки разрядной камеры будет поступать только с крайних полостей. Эффективность фокусировки усиливается еще тем, что длина колец ограничивается магнитной силовой поверхностью, проходящей через концы стенок полого анода. При этом осуществляется привязка анодного слоя к магнитно-плазменной линзе и обеспечивается однородная подача атомов и ионов рабочего тела к ее поверхности, исключая искажения слоя ионизации по высоте камеры и возникновение паразитных поперечных градиентов электронного давления.

На чертеже показан продольный разрез ускорителя.

Ускоритель с анодным слоем содержит разрядную камеру 1, состоящую из анода 2, образующего полость газового разряда 3, снабженного газораспределителем 4 и катодных электродов 5, магнитную систему, включающую магнитопроводы 6, внутренний и внешний магнитные полюса 7, 8, магнитные экраны 9, катушки намагничивания 10, и катод-компенсатор 11. В полости анода установлены кольца 12, образованные между ними кольцевые секции связаны с газораспределителем газовыми трактами 13. Длина колец ограничена магнитной силовой поверхностью 14.

Ускоритель работает следующим образом.

Рабочее тело подается в газораспределитель 4 анода 2, откуда через отверстия 13 поступает в анодные полости газового разряда 3, ограниченные кольцами 12. На выходе из анода 2, в области магнитной силовой поверхности 14, происходит ионизация атомов рабочего тела электронным ударом дрейфующими в скрещенных × -полях первичными электронами, поступающими из катода-компенсатора 11. Магнитное поле образуется путем запитывания катушек намагничивания 10 магнитной системы, при этом магнитный поток, замыкаясь через магнитопроводы 6, магнитные полюса 7, 8 и магнитные экраны 9, создает магнитную линзу в разрядной камере 1. Равномерно поступающие на вход в линзу ионы, фокусируясь в ней, ускоряются Е-полем приложенной разности потенциалов между анодом, катодом-компенсатором и катодными электродами 5.

Таким образом, изобретение позволяет создать ускоритель с анодным слоем с повышенным КПД, увеличенным ресурсом и сниженным содержанием продуктов эрозии катодных электродов в ускоренной плазме. (56) Авторское свидетельство СССР N 1105072, кл. H 01 J 27/10, 1983.

Гришин С. Л. , Лесков Л. В. Электрические ракетные двигатели космических аппаратов. - М. : Машиностроение, 1989, с. 138.

Изобретение относится к космической технике, в частности к электрореактивным двигательным установкам и к технологии плазменной обработки материалов. Целью изобретения является увеличение ресурса и КПД плазменного ускорителя, а также снижение содержания продуктов эрозии материала катода в ускоренном потоке плазмы за счет улучшения его фокумировки. Разрядная камера плазменного ускорителя с анодным слоем образована соосно установленными кольцевым полым анодом и кольцевым катодом, охватывающим анод. Полость анода разделена кольцевыми элементами, находящимися под потенциалом анода, по меньшей мере на три секции, каждая из которых соединена с газораспределителем через жиклер. Длина анодных кольцевых элементов в выходном сечении разрядной камеры ограничена поверхностью магнитной силовой трубки в межполюсном зазоре. 1 ил.

ПЛАЗМЕННЫЙ УСКОРИТЕЛЬ С АНОДНЫМ СЛОЕМ, содержащий разрядную камеру, образованную соосно размещенными кольцевым полым анодом с газораспределителем и кольцевым полым катодом, катод-компенсатор, расположенный за срезом разрядной камеры, источник электропитания, подключенный к электродам, и магнитную систему, включающую магнитопровод с внутренним и внешним по отношению к разрядной камере кольцевыми магнитными полюсами, и источник магнитодвижущей силы, отличающийся тем, что, с целью увеличения ресурса и КПД ускорителя, а также снижения содержания продуктов эрозии материала катода в ускоренном потоке плазмы за счет улучшения его фокусировки, в полости анода вдоль направления ускорения плазмы установлены по меньшей мере два кольцевых элемента, электрически соединенные с анодом и разделяющие его полость на кольцевые секции, каждая из которых соединена с газораспределителем через газовый тракт, при этом длина кольцевых элементов ограничена в разрядной камере магнитной силовой поверхностью в межполюсном зазоре.