Стационарный плазменный двигатель

 

Использование: плазменная техника, электроракетные двигатели, применяемые в космических двигательных установках. Сущность изобретения: стационарный плазменный двигатель оснащен дополнительным катодом, подключенным в питающую цепь под потенциалом катода и размещенным в разрядной камере в зоне магнитного поля, не имеющей выпуклости магнитных силовых линий. Дополнительный катод может быть выполнен 8 виде одного или нескольких кольцевых секторов из туго

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4873084/25 (22) 28.06.91 (46) 23.02.93. Бюл. М 7 (71) Опытное конструкторское бюро "Факел" (72) Ю.M,Ëûñèêoâ, В.В,Гопанчук и И.Б.Сорокин (56) Арцимович Л.А. и др. Разработка стационарного плазменного двигателя и его испытание на ИСЗ Метеор. Некоторые труды сотрудников ИАЭ им. Курчатова, т. 2, M.;

Наука, 1982, с. 384-401, Гришин С.Д., Лесков Л.В. Электрические ракетные двигатели космических аппаратов, М,: Машиностроение, 1989, с. 143-144.,, Ы2„„1796777 А1 (л)5 F 03 Н 1/00, Н 05 Н 1/54 (54) СТАЦИОНАРНЫЙ ПЛАЗМЕННЫЙ

ДВИГАТЕЛЬ (57) Использование: плазменная техника, злектроракетныедвигатели, применяемые в космических двигательных установках.

Сущность изобретения: стационарный плазменный двигатель оснащен дополнительным катодом, подключенным в питающую цепь под потенциалом катода и р змещенным в разрядной камере в зоне магнитного поля, не имеющей выпуклости магнитных силовых линий. Дополнительный катод может быть выполнен в виде одного или нескольких кольцевых секторов из туго1796777

3 плавкого термоэмиссионного материала, установленных на обращенной к зоне разряда стороне наружной или внутренней стенки разрядной камеры. Дополнительный катод может быть выполнен в форме кольца. Двигатель содержит узел подвода рабочего тела (4), диэлектрическую разрядную камеру (3), магнитную систему с мэгнитопроводом(1) и внутренней и наружной магнитными катушками (2), (6), а также анод (5) и катод-компенсэтор (7), размещенные по разные сторонЫ магнитного зазора, и дополнительный катод(8).

В пусковом режиме,. непосредственно после включения разряда между катодом-компеисатором (7) и анодом (5), происходит разогрев дополнительного катода (8) до температуры, обеспечивающей уровень термоэмиссии, при котором эмиссионный ток несколько превышает обратный электронный ток в разрядной камере (3). При этом зона ускорения пускового режима с выпуклыми линиями магнитной индукции (9) шунтируется дополнительным катодом (8) и смещается вглубь канала к зоне иоиизации, в область с малыми радиальными компонентами магнитной индукции и, соответственно, электрического поля, что в свою очередь обеспечивает высокую фокусировку ускоренных ионов и существенно снижает эрозию стенок разрядной камеры. 2 з.п. ф-лы, 1 ил. линий магнитной индукции и низкая проводи- 26 скольких кольцевых секторов, установленных на обращенной к разряду поверхности масть в направлении нормалей к поверхиостям hoc1oÿííoé магнитной индукции. внутренней или наружной стенки иэоляциУдельное сопротивление в нормальном из- онной камеры. Подключение дополнительного катода может осуществляться посредством проводников из тугоплавкого материала, проходящих через тело иэолятоправлении в зоне межполюсного зазора пропорциональна величине магнитной ин- 30 дукции, В результате конфигурация электрического поля в зоне разряда довольно ра камеры или проложенных по поверхноточно повторяет конфигурацию поля маг- . сти изолятора со стороны выхода. нитной индукции. Недостатком известных На чертеже представлена схема вариананалогов и прототипа является наличие рэ- Зб тэ исполнения предлагаемого двигателя, Магиитопровод 1; служащий для формирования магнитного поля в зоне разряда, диальиых составляющих . напряженности электрического поля в эона выхода йз разрядиой камеры, что обусловлено выпукловыполнен иэ ферромагнитного сплава и состью магнитного поля вследствие рассеяния на границе магнитных полюсов, держит в своем составе двэ магнитных полюса (внутренний и наружный), задний

Изобретение относится к плазменной Наличие радиальных составляющих привотехнике и может найти применение в уско- дит к отклонению траекторий ускоряющихрителях, используемых, вчастностивкзчест- ся ионов от осевого направления и, «ак веэлектроракетныхдвйгэтелейкосмических следствие. к повышенной эрозии стенок двигательных установок, 5 разрядной камеры и существенным тягоИзвестны стационарийе плазменные .. эиергетическимпотерям.связаннымсрадидвигэтели (СПД); содержащие в своем со- зльным расхождением струи. ставе узлы подвода рабочего тела (РТ) и Цель изобретения -увеличение ресурса . электропитания, рээрядную камеру, маг- и повышение тяго-энергетических характеиитиую систему, включающую магнитные 10 ристик зз счет исключения или уменьшения катушки и коаксиальный магнитопровод с радиальной составляющей напряженности полюсамиимежполюсныммагнитным.зззо-. электрического поля на выходе иэ ускоряюром, а также систему. электродов (анод и . щего канала и уменьшение на этой основе . катод-компеисатор)- размещенных по раз- эрозии стенок канала и затрат на радиальные стороны межполюсиого магнитного за- 15 иое ускорение струи, эора. . Указанная цель достигается оснащениДругим примером может служить конст-: ем известного СПД дополнительным электруктивиая схема СОД, приведенная в j2) st родом — катодом, находящимся под принятая в качестве прототипа. Одной из потенциаломкатода-компенсатораираэмеспецифических особенностей двигателей 20 щенным внутри разрядной камеры в зоне, T3Kof0 типа является энизотропиость алек- где выпуклость магнитных силовых линий трических свойств материальной среды в . достаточно слаба или полностью отсутствузоне межполюсиого зазора, а именно —: ет. Дополнительный электрод может быть высокая электронная проводимость вдоль выполнен в виде кольца или одного или не1796777 фланец, а также центральный и несколько периферийных стержней, соединяющих полюса с задним фланцем, Источник магнитодвижущей силы катушек состоит из центральной катушки 2 и нескольких периферийных 6, установленных, соответственно, на центральном и периферййных стержнях магнитопровода, Разрядная камера 3 с кольцевым уакорительным каналом, выполненная из диэлектрического материала, имеет коаксиальную форму и занимает внутреннюю зону магнитной системы и зону межполюсного зазора. Узел подвода TP

4 совмещен с анодом 5, установленным на заднем торце разрядной камеры 3. Положение катода-компенсатора 7 может выбираться со значительной степенью произвола за пределами внешней границы заметного действия магнитного поля, в частности — в центральном стержне магнитопровода (центральное расположение катода-компенсатора). Штриховыми линиями 9 условно показаны магнитные силовые линии в межполюсном зазоре. Дополнительный катод 8 размещен на рабочей поверхности разрядной камеры в зоне, где магнитные силовые линии не имеют выпуклости.

Двигатель работает следующим образом, В начальном режиме, т,е, в некоторый период времени непосредственно после включения разряд зажигается и горит между катодом-компенсатором 7 и анодом 5, и конфигурация ускоряющего электрического поля в промежутке между фронтом ионизации и эквипотенциалью, проходящей через катод-компенсатор, повторяет конфигурацию магнитных силовых линий 9, т.е. имеет выраженную выпуклость на выходе из канала ускорения. Такая картина наблюдается, пока дополнительный катод 8 находится в холодном состоянии, По мере разогрева дополнительного катода 8, происходящего в результате бомбардировки ионами его поверхности, эмиссия электронов с него возрастает и происходит насыщение электронами слоя разряда, определяемого линиями магнитной. индукции 9, проходящими через плоскость размещения дополнительного катода.

Происходит перестроение электрического поля с перемещением катодного слоя в сторону дополнительного катода. При достижении определенного уровня эмиссии, т.е. достижении стационарного режима, катодный слой устанавливается на поверхности, определяемой линиями магнитной индукции, проходящими через дополнительный катод. При этом электрическое поле сосредотачивается между новым положением катодного слоя и фронтом ионизации, и разгон ионов происходит между этими двумя слоями, Оставшуюся зону действия магнитного поля струя ускоренных ионов преодоле5 вает по инерции в условиях практического отсутствия электрического поля, Компенсация положительного заряда струи осуществляется в основном за пределами действия магнитного поля аналогично тому, как we npo10 исходит в прототипе, Посколькуположениедополнительного катода выбирается целенаправленно в зоне, не имеющей выраженной выпуклости магнитных силовых линий, напряженность электрического поля

15 также не имеет радиальной составляющей, что способствует уменьшению радиального раскрытия струи и уменьшению или исключению эрозии стенок канала.

Таким образом, предложенный двига20 тель, оснащенный дополнительным катодом, будет обладать повышенным ресурсом и тяго-энергетическими характеристиками.

Выполнение дополнительного катода в виде нескольких кольцевых секторов позволит

25 увеличить его ресурс за счет возможности поочередного включения одного из секторов, т.е, имеет место возможность резервирования.

ЗО. Формула изобретения

3. Стационарный плазменный двигатель, содержащий диэлектрическую разрядную камеру с кольцевым ускорительным каналом, в котором установлен кольцевой

35 анод со стороны подачи рабочего тела, катод-компенсатор, размещенный за срезом ускорительного канала, магнитную систему с источником магнитодвижущей силы и магнитопроводом, образующим кольцевой

40 межполюсный зазор, соосный ускорительному каналу и расположенный в области его выходного сечения, узлы подвода рабочего тела и электропитания, отличающийся тем, что, с целью улучшения тяго-энергети45 ческих характеристик двигателя и снижения эрозионного износа стенок разрядной камеры за счет уменьшения радиального расхождения компенсированного ионного потока путем исключения радиальной со50 ставляющей напряженности электрического поля в зоне ускорения, двигатель снабжен дополнительным катодом, — электрически соединенным с основным катодомкомпенсатором и размещенным на стенке

55 разрядной камеры в зоне межполюсного зазора, в которой магнитные силовые поверхности имеют плоскую форму, 2. Двигатель по и. 1, о т л и ч а шийся тем, что дополнительный катод выполнен из тугоплавкогО термоэмиссионного материа1796777

Составитель

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор 3.Салко

Редактор Т.Куркова

Заказ 637 Тираж Подписное . ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 ла в форме кольцевых секторов, установлен- 3. Двигатель по и, 1, отличающийся ных в ускорительном канале на наружной тем, что дополнительный катод выполнен в или внутренней стенке разрядной камеры. форме кольца.