Импульсный плазменный реактивный двигатель торцевого типа на твердом рабочем теле

 

Изобретение относится к электрореактивным двигателям. Устройство состоит из центрального электрода - анода, катода и шашки рабочего тела, заключенной между ними. Анод имеет механический контакт с рабочим телом, а катод удален от шашки рабочего тела с образованием вакуумного промежутка. Реактивная тяга получается в результате генерации плазмы путем пробоя и поверхностного перекрытия рабочего тела импульсом электрической энергии высокого напряжения наносекундной длительности 10^-9-10^-6 со стороны анода. Изобретение позволяет упростить конструкцию и повысить экономичность. 1 ил.

Изобретение относится к области электрореактивных двигателей, конкретно - к импульсным плазменным ЭРД.

Наиболее широкое распространение из известных типов импульсных плазменных ЭРД получили эрозионные ЭРД [1], [2], [3].

Разрядная камера эрозионного ЭРД содержит два электрода - катод и анод, разделенных твердым рабочим телом (РТ) - диэлектриком. В качестве РТ обычно применяются легкоиспаряющиеся фторорганические соединения (фторопласты).

Коммутация разряда осуществляется с помощью специального инициирующего устройства - игнайтера, обычно - это свеча поверхностного пробоя. Под воздействием поверхностного разряда микросекундной длительности происходит эрозия диэлектрика, испарившийся материал нагревается в разряде дугового типа и со скоростью 3-5 км/с, соответствующей тепловой скорости ионов, истекает наружу, создавая тягу.

Данные импульсные ЭРД имеют низкие значения КПД и удельного импульса, как результат абляционного механизма плазмообразования.

Целью предлагаемого изобретения является упрощение и улучшение характеристик торцевого импульсного ЭРД.

Данная цель достигается тем, что в известном эрозионном ЭРД, состоящем из катода и анода, разделенных шашкой рабочего тела (диэлектриком), анод, расположенный в центре, имеет непосредственный механический контакт с шашкой РТ, а катод удален от нее с образованием вакуумного промежутка.

Предлагаемый двигатель (см. чертеж) состоит из анода 1, катода 2 и шашки РТ 3. Анод имеет постоянный механический контакт с шашкой 3, обеспечиваемый, например, пружиной. Катод 2 удален от кромки шашки на расстояние δ с образованием вакуумного промежутка. Такое выполнение двигателя исключает процесс инжекции электронов из "тройных точек" (катод - диэлектрик - вакуум) [5]. При этом величина промежутка δ определяется из условия завершения разрядных процессов с анода и минимизации влияния на них процессов с катода.

Работа предлагаемого ЭРД заключается в следующем. При подаче высоковольтного импульса наносекундной длительности на анод 1, с прианодной зоны РТ 3 начинается взрывная инжекция электронов из РТ на анод [4], при этом фронт интенсивной поверхностной ионизации распространяется к катоду 2 со скоростью ≥ 1000 км/с. После того, как фронт ионизации достигает границы шашки РТ, со стороны катода развиваются процессы предположительно рекомбинационного происхождения, завершающиеся возникновением дуги.

Интенсивность дугового процесса и его длительность определяются геометрией разрядного промежутка и параметрами высоковольтного импульса.

Как показали экспериментальные исследования данных ЭРД, проводимые в ИЭФ УрО РАН и НИИмаш параметры дугового процесса существенно меньше, чем для схемы ЭРД с взаимным контактом РТ с анодом и катодом. Следовательно, абляционная составляющая процесса мала и, в наиболее чистом и полном виде, реализуется электронно - детонационный процесс и механизм электростатического ускорения [4] . Кроме того, упрощается конструкция по сравнению с [1], так как катод механически не связан с рабочей поверхностью шашки. Причем для разрядного промежутка с удаленным катодом при прочих равных условиях характерно перераспределение составляющих массового расхода РТ и импульса тяги в пользу высокоскоростной плазмы (V_пл > 20 км/с).

Таким образом, ЭРД в предлагаемом исполнении позволяет упростить конструкцию, существенно повысить КПД и удельный импульс по сравнению с известными импульсными плазменными ЭРД торцевого исполнения.

Литература 1. Гришин С.Д., Лесков Л.В., Козлов Н.П. Электрические ракетные двигатели. М.: Машиностроение, 1975. 198 - 223 с.

2. Фаворский О.Н., Фишгойт В.В., Янтовский Е.И. Основы теории космических электрореактивных двигательных установок. М.: Машиностроение, Высшая школа, 1978. 170 - 173 с.

3. Космические двигатели - состояние и перспективы. Под ред. Л.Кейвни (перевод с английского под ред. А.С.Коротеева). М.: Мир, 1988. 186 - 204 с.

4. Заявка N 96117878 от 12 сентября 1996 г. Ю.Н.Вершинин, Б.А.Некрасов. Способ получения реактивной тяги.

5. Месяц Г.А. Эктоны. Часть 1. Екатеринбург УИФ "Наука". 1993.

Формула изобретения

Импульсный плазменный реактивный двигатель торцевого типа на твердом рабочем теле, состоящий из анода, катода и шашки рабочего тела, заключенной между ними, отличающийся тем, что анод является центральным электродом и имеет постоянный механический контакт с шашкой рабочего тела, а катод удален от шашки с образованием вакуумного промежутка.

РИСУНКИ

Рисунок 1