импульсный плазменный реактивный двигатель торцевого типа на твердом рабочем теле

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.

Описание изобретения к патенту

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 с образованием вакуумного промежутка. Такое выполнение двигателя исключает процесс инжекции электронов из "тройных точек" (катод - диэлектрик - вакуум) [5]. При этом величина промежутка 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.