CN1162616C - 循环等离子体电推进(火箭)发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种循环等离子体电推进(火箭)发动机，适合于飞行器(航空器、航天器)的推进动力。它是由真空容器(9)、等离子发生器(微波源1、波导2、谐振腔3、气体8)、静电动力电极(A电极5、C电极6、B电极7)组成。是将输入电力U_AB在系统中建立起静电场，等离子体中的单极性电荷在电场力作用下加速度产生动力即以电场力为反作用力的发动机。静电动力电极是在平行板电极的基础上改进的，其性能可以在电场强度E₀(V/m)不变的情况下提高或降低电功率，再加上控制系统的配合，可以使输入发动机系统的电功率与飞行器的飞行功率达到匹配。正因为系统具备了这种高效率机制，才使得循环等离子体成为可能。

Description

循环等离子体电推进(火箭)发动机

技术领域：

本发明涉及一种改进型电推进(火箭)发动机，特别是一种循环等离子体电推进(火箭)发动机。适合于飞行器(航空器、航天器)的推进动力。

现有技术：

现有的飞行器发动机如，化学火箭发动机、静电火箭发动机、微波等离子发动机、电弧喷射发动机、电阻加热喷射发动机等，这些发动机的共同之处，都是对喷射气体加热膨胀产生动力，属于热力学过程，故称之为热发动机。热力学过程的熵增加原理，是导致系统效率低下的直接原因，因此目前所有发动机都必须是开口系统。譬如化学火箭发动机必须燃烧掉非常多的昂贵的燃料，电推进(电加热)系统的推重比远小于1。现有技术存在的这些问题都在最大程度上制约了推进技术、航空航天及交通运输业的发展。

分子物理学证明，任意分子(离子、电子)在空间至少有三个自由度，而热传递只有一个方向，因此，赋予一维的能量充其量也只有1/3，余下2/3的能量份额并没有发挥作用，这种结果就是“熵作用”的实质。可见系统熵是热几率的产物，要想消除它几乎是不可能的，但是提高效率又必须摈弃熵。解决这一矛盾的唯一途径就是远离热力学系统，或者说不能通过纯粹的热力学系统达到提高热效率的目的。

发明内容：

在真空容器(9)中，设置等离子发生器，静电动力电极和控制电路，其特征在于：微波源(1)中的微波能通过波导(2)传入谐振腔(3)，谐振腔(3)固定于真空容器(9)的内壁并电连接为零电位(0V)，小孔(4)与气体(8)相通，静电动力电极是在平行板电极A(5)和电极B(7)的中间加入金属电极C(6)，电极A(5)与电极C(6)一端的间距为d₁，电极C(6)的另一端与电极B(7)的间距为d₂，d₁与d₂既可以相等也可以不等，电极C(6)的长度为d₀，静电动力电极的有效长度为d＝d₁+d₂+d₀，由电极A(5)的零电位(0V)，电极C为感应电位，电极B(7)，电子开关(SCR)，动力平台转换开关(10)，电源U_AB(V)至零电位(0V)顺序连接组成控制电路，并由电子开关(SCR)的控制极(G)输入t_on和t_off信号用来控制电子开关的导通与关闭时间，在A极板(12)上安装一维束极板(11)，因此单极性电荷只能从电极A进入，经d₁区间进入电极C再过d₂区间，最后由电极B输出，使得通过静电动力电极的电子(离子)束均为一维束，而A极板(12)，C极板(13)(16)，陶瓷极板(14)，B极板(17)上的φ₀孔均同一轴线，β＝v₀/v_q为发动机处于功率匹配状态即系统维持等离子体恒温状态，而v₀/v_q＜β＜v₀/v_q则系统处于对等离子加热或者冷却状态，闭合循环等离子体(8)由非电中性过渡到电中性的时间为t_D(s)，即t_D＝2λ_D/v_h并且t_D(s)＜＜t_AB(s)。

带电粒子在平行板电场方向上一维顺序排列，每一个电荷都有相同的加速度及独立的空间和时间。

带电粒子在电场中的比冲I_S(N·s/kg)定义为I_S＝F_q/G_q＝qE₀/G_q。

静电动力电极的电功率P_AB＝βF_qv_q，只有在d₁≠d₂即d₁＜d₂并令t_AB＝t_C的条件下才能成立。

一台发动机可以有一个或多个动力平台，每一个动力平台的建立都必须使系统处于功率匹配状态，即满足βF_qv_q＝F₀v₀平衡关系。

本发明的任务是要提供一种循环等离子体电推进火箭发动机，是将电力直接或间接(如，微波送电)输入发动机，并在系统中建立起静电场，等离子体中的单极性电荷在电场力的作用下加速度产生动力。大家知道，静电场力属保守力，根据机械能守恒定律，只有保守力做功的情况下质点系的机械能保持不变。再者，通过静电场的电子(离子)束如果细小到极至，其层流和发散完全可以忽略，这种有序系统将彻底避免熵的负面影响，因此电推进系统的推重比远大于1。

本发明的任务是这样实现的，在真空容器中，有确定的某种中性气体、等离子发生器、静电动力电极和控制电路。等离子发生器能够使真空容器中的中性气体，在短时间内全部电离并生成大量的电子(e)和正离子(i)。静电动力电极与等离子体发生器(谐振腔)相接，单极性电荷(q)在电场力(F_q)的作用下，加速度(a_q)产生动力(F₀)。单极性电荷可以是电子也可以是正离子，若是电子可称为电子发动机；若是正离子就是离子发动机，只要改变静电动力电极的电场(E₀)方向就能够实现互换。

静电动力电极是在平行板电极A、B中间增设金属电极C，电极A与电极C一端的间距为d₁，电极C的另一种端与电极B的间距为d₂，电极C的长度为d₀，静电动力电极有效长度为d＝d₁+d₂+d₀。金属电极C在电场中，其内部电场为零即E_内＝0，也就说，d₀区域的电场被排挤到d₁、d₂形成“浓缩”场强E₀。如果电极A的电位为U_A，电极B为U_B，静电动力电极电位U_AB(V)的分配关系为

U_AB＝U_A-U_B＝E₀d₁+E₀d₂＝E₀(d₁+d₂)                        (1)

由(1)式可以看出，场强由原来的E＝U_AB/d，变为E₀＝U_AB/(d₁+d₂)，因为d＞＞(d₁+d₂)，故而E＜＜E₀。如果电荷以末速度v_q(m/s)通过静电动力电极，所需时间为t_AB(s)，静电动力电极的电功率P_AB(W)

P_AB＝qU_AB/t_AB                                           (2)

(2)式中的t_AB＝t_d+t_C，t_d是电荷加速度通过d₁+d₂区间的时间，t_C是电荷以匀速度v_C通过C电极的时间。在没有C电极的情况下，则t_AB(s)

                   t_AB＝(v_q-v_q0)/a_q

                       ＝(v_q-v_q0)2d/(v_q ²-v_q0 ²)令，初速度v_q0＝0m/s       ＝2d/v_q

增设了C电极之后，d₀＞＞(d₁+d₂)，所以有t_C＞＞t_d，如果忽略t_d并且令t_AB＝t_C＝d₀/v_C＝2d/v_q，代入(2)式，得：

                        P_AB＝qE₀(d₁+d₂)/t_AB            (3)

                            ＝qE₀[(d₁+d₂)/2d]·v_q

                            ＝[(d₁+d₂)/2d]·F_qv_q

计算证明，只有当d₁≠d₂(d₁＜d₂)时(3)式成立。于是，P_AB正比于β＝(d₁+d₂)/2d和U_AB，调整这两个参数就可以使发动机的电功率与飞行器的飞行功率达到匹配。设，飞行器的飞行功率P₀(W)＝F₀v₀，则功率匹配关系为：

                      β·F_qv_q＝F₀v₀                  (4)

根据作用与反作用定律之规定，在相反方向上的动量即m和v的乘积必须相等。因此，(4)式首先需要建立F_q＝F₀力平衡关系即在单位时间里电极系统与飞行器系统动量守恒，为此(4)式改写成，

                      β＝v₀/v_q                       (5)

因为β＜＜1，则(5)式说明在系统中v₀与v_q可以有非常大的速差。当v₀与v_q确定之后，由(4)式定义出系统的计算推力F_q′(N)

                       F_q′＝βF_q                     (6)

经过(5)(6)式处理之后，在(4)式中动量守恒与功率匹配关系同时具足。如果U_AB和β均保持常数，则必然有v_q、v₀、P₀、a₀、F₀为常数，这种平台关系就称之为发动机动力平台(简称，动力平台)。

对于一部发动机可以设立一个或多个动力平台，但每一个动力平台都必须使系统运行于功率匹配状态，因此根据(5)式可以推理出动力平台的转换(如，U_AB)为非连续阶变方式。

热发动机的比冲I_S(N·s/kg)是这样定义的，即发动机推力F与每秒流过发动机的气体质量m之比，即I_S＝F/m。气体是粒子群体行为的集合，而群体行为就一定与热、熵相联系，这其中也包括电子(离子)光学中的各种束。由此看来，唯有单一粒子才真正具备高效率特征。于是，电荷在电场中的比冲I_S(N·s/kg)

                    I_S＝F_q/G_q＝qE₀/G_q             (7)

(7)式中，G_q＝m_q/t_d为每秒电荷质量流量(kg/s)，为此电子发动机比冲

                    I_S＝1.76×10¹¹·E₀  (E₀≥1)    (8)而热发动机的比冲一般为10⁴(N·s/kg)左右。由单一粒子组成的电子(离子)束就是一维束即带电粒子在电场方向上顺序排列，并且每一个粒子都有独立的空间、时间和相同的加速度。

等离子体中有大量的电子和正离子，但这些电荷之间的相互作用总是要使等离子体内部保持宏观电中性。当单极性电荷离开静电动力电极的瞬间，必然与谐振腔处形成等量异性电荷的积累，而电中性原理会促使等量异性电荷，由系统两端各自向对方方向运动从而形成电流。这种电流的合成动量为零，为此在系统中唯有静电动力电极能够产生动力。德拜距离λ_D(即德拜球半径m)是衡量等离子体电中性与否的唯一尺度，因此等离子体由非电中性到电中性，所要经过的最长路径就是德拜球的直径2λ_D，而且是凭借电荷自身热运动速度v_h通过这段路径，于是，循环速率用时间t_D(s)来表示，即

                   t_D＝2λ_D/v_h    (9)

实际过程t_D＜＜t_AB，说明循环等离子体在系统中，进行着一种非常稳定的输运过程。不仅如此，更重要的是说明系统恢复电中性的时间，要比非电中性发生时间短几千倍甚至万倍，因此，完全有理由确定循环等离子体始终为电中性。

由于采用了上述技术方案，发动机免除了气体的燃烧和排放，并在最大程度上提高了系统效率，实现了一种没有污染、没有噪音、洁净高效低成本的电推进技术。

附图说明：

以下将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。

图1是本发明的原理图

图2是静电动力电极电原理图

图3是动力平台关系曲线

图4是一维束原理图

图5是一维束极板结构放大图

图6是静电动力电极剖面结构放大图

图中，1微波源、2波导、3谐振腔、4通孔、5电极A、6电极C、7电极B、8气体、9真空容器、10动力平台转换开关、11一维束极板、12电极A极板、13电极C极板、14单片陶瓷板、15离子束陶瓷通道、16电极C极板、17电极B极板。

具体实施例：

图1是本发明原理图，在真空容器(9)中，设置等离子发生器(这里选用微波等离子发生器)、静电动力电极和电源U_AB。等离子发生器是由微波源(1)、波导(2)、谐振腔(3)以及气体(8)组成。谐振腔(3)上开设很多小孔(4)，其孔径φ_D＜＜λ(λ微波波长)防止微波能泄漏并与气体(8)相通。电极A(5)、电极C(6)、电极B(7)共同组合成静电动力电极。电极A(5)与谐振腔(3)电连接为一体并保持相同的电位。当微波源(1)中的微波能通过波导(2)传入谐振腔(3)时，便在其中产生大量的正负电荷，其中单极性电荷在电场力的作用下进入静电动力电极加速度产生动力。由于谐振腔(3)中的单极性电荷被静电动力电极大量吸收，与气体(8)形成密度差而引起流动，气体(8)通过小孔(4)不断进入腔内不断被电离，在很短的时间里系统气体将达到全部电离，循环系统也就由气体转变为等离子体。当单极性电荷离开B电极(7)的瞬间，与谐振腔(3)处形成等量异号电荷的积累即形成空间电场，这种电场的作用会使正负电荷各自向对方方向运动，从而形成电流。这种电流的合成动量为零，因此在系统中确立了唯有静电动力电极产生动力的地位。

根据德布罗意(L.V.de Brolie)波长，可以判断出离子发动机动量性能更具优越，适合于飞行器的起飞和低高速飞行。如果一运载火箭的起飞重量w＝10⁵kg，加速度a₀＝4.9m/s²，起飞推力F₀(N)

                   F₀＝wa₀+9.8w＝1.47×10⁶

根据(5)式功率匹配原则，设β＝1.5×10^-4，d₁+d₂＝0.002m，则d＝6.77m；起飞第一秒速度v₀＝4.9m/s，那么正离子的速度v_i(m/s)

          v_i＝v₀/β＝4.9/1.5×10^-4＝3.27×10⁴

若以氢(H)离子为例，其质量m_H＝1.67×10^-27kg，带电量q_H＝1.602×10^-19C，电场电位U_AB(V)

                 U_AB＝q_H·m_Hv_i ²/2＝5.57

d₁+d₂区间的场强E₀(V/m)

                 E₀＝U_AB/(d₁+d₂)＝2785

场强E₀对离子的加速度a_i(m/s²)

                 a_i0＝q_HE₀/m_H＝2.672×10¹¹

离子发动机的比冲I_S(N·s/kg)

                 I_S＝q_HE₀/G_i＝2.672×10₁₁

根据(6)式，当v_i与v₀确定之后，计算推力F_i′(N)

                 F_i′＝[(d₁+d₂)/2d]·F_i＝220.5

于是，产生F₀＝1.47×10⁶N推力所需要的正离子流量G_i(kg/s)

                 G_i＝F_i′/I_S＝0.826×10^-9

正离子的数密度流量N_i(/s)

                 N_i＝G_i/m_H＝5×10¹⁷

正离子通过静电动力电极的时间t_AB(s)

                 t_AB＝2d/v_i＝4.14×10^-4

在t_AB时间里正离子的数密度流量N_i(t_AB)

                 N_i(t_AB)＝N_it_AB＝2.07×10¹⁴    (10)

由(10)式可以暂定系统循环等离子体密度为N_D＝10¹⁶/m³，所以等离子体的电子温度T_e＝2×10⁴K，正离子温度T_i＝2×10³K、德拜距离(电子)D_e＝0.3mm，德拜距离(离子)D_i＝0.03mm。

由N_D＝10¹⁶/m³还能确定系统的真空度p≈10^-4(Pa)，等离子体的平均自由程 λ≥90m。 λ＞＞d，这个条件说明电子(离子)束通过静电动力电极为直线速度而不是迁移速度。

根据(3)式d₁≠d₂(d₁＜d₂)的原则，计算d₁(m)

            v_C＝d₀/t_C＝1.63439×10⁴m/s

            d₁＝v_C ²/2a_i＝0.5×10^-3

根据(9)式，等离子在系统中的循环速率用时间t_D(s)来表示，即正离子的热运动速度v_h＝(3kT_i/m_H)^1/2＝7.04×10³m/s循环速率t_D＝2λ_D/v_h＝9×10^-9

式中，k＝1.38×10^-23J/K。t_D＜＜t_AB能够证明，选择N_D＝10¹⁶/m³是可行的。以上是飞行器起飞第一秒的状态参数，也是发动机必须首先确定的基本参数。

图2是静电动力电极电原理图，A电极(5)始终保持零电位，B电极(7)、电子开关(SCR)、动力平台转换开关(10)、电源U_AB和零电位(0V)顺序连接。在电子开关(SCR)的控制极G端输入导通(t_on)和关闭(t_off)信号，用来控制发动机推力和加速度，最终是为了控制飞行器的飞行速度以达到功率匹配之目的。

动力平台转换开关由0位逐次提高，是U_AB、P_AB提高的过程。当转换开关(10)指向0位，即所谓的0号动力平台，每一个动力平台的基本原则就是要使系统处于功率匹配状态即满足(4)式

                βF_iv_i＝F₀(v₀₁-v₀₀)           (11)

于是，U_AB0、a₀、I_S0、P_AB0均为常数。

当转换开关(10)指向1位即1号动力平台时，U_AB发生变化，比冲I_S、推力F以及粒子质量流量G_i(kg/s)、密度流量N_i(/s)也将发生变化，此时要使系统达到功率匹配状态很困难。因此，就需要通过调节电子开关(SCR)t_on和t_off时间的长短，使得动力平台参数即U_AB1、I_S1、F₁包括流量参数G_i1、N_i1，形成在单位时间里的平均参数，这些平均参数直接控制飞行器的飞行速度v₁，这样就很容易通过平均参数实现功率匹配关系。

平均值系数Q_SW的定义，是将秒(1s)信号中t_on的和数∑t_on与重复周期T_SW＝1s的比，即

                        Q_SW＝∑t_on/T_SW

于是，动力平台参数平均值 a₁＝Q_SW·a₁、F₁＝Q_SW·F₁，以及平均值的功率匹配关系，即

                        βF_i1v_i1＝F₁( v₁₁-v₀₁)

在推导(3)式过程中，令v_q0＝0(m/s)说明静电动力电极在功率匹配状态下不占用等离子体的能量，也就说，β＝v₀/v_i说明系统处在维持等离子体的恒温状态。飞行器在飞行过程中，由于各种外力的影响会导致等式变成不等式即β＜v₀/v_i或者β＞v₀/v_i。β＜v₀/v_i，说明系统功率出现不匹配即P_AB0＜P₀，于是等式就要改写为

                        β＝v₀/u                  (12)

(12)式中，u＝v_i+v_h 即电荷通过静电动力电极的全速度u，是v_i与等离子热速度v_h之和，因此β＜v₀/v_i的结果将导致循环等离子的温度降低。大家知道，等离子体是气体在高温条件下的产物，一旦等离子体温度降低就会向气体转变。与之相反，＞v₀/v_i说明P_AB0＞P₀即系统对等离子体加热，而等离子体又不可能容纳更多的能量，因此体温度升高非常迅速直至毁坏系统结构。等离子体的温度已经成为发动机的“体温”，检测和控制“体温”就变得非常重要。

图3是动力平台关系曲线，是以动力平台的持续时间t(s)为横坐标；以飞行器的飞行速度v(m/s)为纵坐标，用直角坐标系表示多个动力平台的功率匹配关系和计算方法。

0号动力平台，已知参数U_AB0＝5.57V，离子速度v_i0＝3.27×10⁴m/s，飞行器加速度a₀＝4.9m/s²。

0号动力平台需要持续t_T0＝70秒，飞行器要通过对流层(距离地面12km)，因此在70秒末，

飞行器的末速度    v₀₁＝a₀t_T0＝4.9×70＝343m/s

飞行器通过的路程  S₀＝v₀₁ ²/2a₀＝117649/9.8＝12005m与之同时，由0号动力平台向1号动力平台转换。

1号动力平台，加速度为 a₁＝20m/s²，直至通过平流层(距离地面80km)。

1号动力平台所持续的时间t_T1(s)

飞行器末速度       v₁₁＝[2 a₁(S₁-S₀)+v₀₁ ²]^1/2＝1685m/s

                  t_T1＝( v₁₁-v₀₁)/ a₁＝1342/20＝67.1

功率匹配参数V_i1(m/s)

                  V_i1＝ v₁/β＝20/1.5×10^-4＝1.33×10⁵

                  U_AB1＝m_Hv_i1 ²/2q_H＝92.7V

飞行器在经过t_T0+t_T1＝137.1秒之后，向2号动力平台转换。

2号动力平台，要完成由平流层到达外大气层的任务，距离为300km，如果加速度 a₂＝45m/s²，其末速度 v₂₁(m/s)

                   v₂₁＝(2 a₂S₂+ v₁₁ ²)^1/2＝5462.5

此时，飞行器进入外大气层的速度已达16Ma。

2号平台持续的时间t_T2(s)

                  t_T2＝( v₂₁- v₁₁)/ a₂＝3777.5/45＝84

飞行器自起飞至进入外大气层所用时间为t_T0+t_T1+t_T2＝221.1s。2号动力平台功率匹配参数：

离子速度          v_i2＝ v₂/β＝3×10⁵m/s

平台电压          U_AB2＝m_Hv_i2 ²/2q_H＝469V

运载火箭再运行约67.5秒其末速度可达到25Ma，即可进入预定轨道。若再提高飞行器加速度可由离子发动机转换为电子发动机。

图4是一维束原理图，单极性电荷在一维方向上顺序排列，每一个电荷在电场中都有相同的加速度并且各自都保持独立的时间和空间，若用力学关系表示即v_q1-v_q0＝a_qt₁＝v_qn-v_q(n-1)＝a_qt_n。在一维方向上，由电荷之间的速度差或者电位差所表现出的力F_q＝qE₀定义为引力，同性电荷还存在斥力F_r，只有当两种力相等时才能形成最大束密度，即

                   qE₀＝q²/(4πε₀r²)               (13)

根据(13)式，以0号动力平台为例，一维束的最小间距r₁(m)

                   r₁＝(q_H/4πε₀E₀)^1/2＝7.2×10^-7

公差D  (v_i0＝v_h＝7.04×10³m/s)

                       v_i1＝(2a_i0r₁+v_i0 ²)^1/2＝7.063×10³m/s

                        D＝v_i1-v_i0＝27

可见，一维束在电场中按照等差数列规律排列。

图5是一维束极板结构图，极板(11)是由金属膜片制成，直径为φ₁，除去焊接部位，余下面积将通过微细加工技术制作微孔φ₂。φ₂孔是形成一维束的必要条件，即同性电荷在φ₂距离上的排斥力F_φ一定要大于静电动力电极d₁区间的电场力1/2F_i，即

                    q²/4πε₀φ₂ ²＞1/2F_i

符合了这种关系，单极性电荷就会一个接一个地进入φ₂孔。已知参数1/2F_i＝0.5q_HE₀＝2.23×10^-16N，并设φ₂＝0.7×10^-6m，计算F_φ(N)

                     F_φ＝q²/4πε₀φ₂ ²＝4.7×10^-16

满足F_φ＞1/2F_i关系。

图6是静电动力电极剖面结构放大图，将一维束极板(11)嵌入A极板(12)的φ₁凹槽中焊牢。C电极是在两个极板(13)、(16)之间添加单片陶瓷板(14)组合制成直径为φ，长度为d₀的圆拄体，然后在圆拄体的外表面涂覆金属并与两个极板(13)、(16)电连接成一体。C电极的束通道(15)是由极板(14)上的φ₀孔组合而成，为此，A极板(12)、极板(14)、B极板(17)上的φ₀孔均同一轴线。实际过程，静电动力电极为金属铠装式，这种铠具有优良的导电性和导磁性，防止内外电磁场相互影响，因此单极性电荷只能由A电极(5)进入从B电极(7)输出，而将一维束电极(11)安装于A电极，能够保证通过A、C、B电极的电子(离子)束均为一维束并且在d₁和d₂区间产生的电子光学原理即折射原理，能够使φ₀孔中所有的一维束均趋于轴线弯曲而不能使其发散，这样电子(离子)束就能够无损耗地通过静电动力电极。

φ₀孔的确定涉及到两种力的计算即平行板电场力和束对极板的反作用力，相比之下后者可以忽略。于是，根据静电计原理计算出一维束极板的受力F_c(N)

                    F_c＝2πσ²S_φ0                 (14)

(14)式中的σ为面电荷密度C/m²，S_φ0为一维束极板有效面积m²。如果束极板有效直径φ₀＝0.6mm，那么束极板有效面积S_φ0(m²)

                    S_φ0＝πφ₀ ²/4＝2.826×10^-7

并将E₀＝U_AB/(d₁+d₂)＝4πσ代入(14)式得

                    F_c＝2π×(2785/4π)²×2.826×10^-7

                       ＝0.09

此力对于一维束极板而言是十分安全的。

Claims (5)

1.一种循环等离子体电推进装置，在真空容器(9)中，设置等离子发生器，静电动力电极和控制电路，其特征在于：微波源(1)中的微波能通过波导(2)传入谐振腔(3)，谐振腔(3)固定于真空容器(9)的内壁并电连接为零电位(0V)，小孔(4)与气体(8)相通，静电动力电极是在平行板电极A(5)和电极B(7)的中间加入金属电极C(6)，电极A(5)与电极C(6)一端的间距为d₁，电极C(6)的另一端与电极B(7)的间距为d₂，d₁与d₂既可以相等也可以不等，电极C(6)的长度为d₀，静电动力电极的有效长度为d＝d₁+d₂+d0，由电极A(5)的零电位(0V)，电极C为感应电位，电极B(7)，电子开关(SCR)，动力平台转换开关(10)，电源U_AB(V)至零电位(0V)顺序连接组成控制电路，并由电子开关(SCR)的控制极(G)输入t_on和t_off信号用来控制电子开关的导通与关闭时间，在A极板(12)上安装一维束极板(11)，因此单极性电荷只能从电极A进入，经d₁区间进入电极C再过d₂区间，最后由电极B输出，使得通过静电动力电极的电子(离子)束均为一维束，而A极板(12)，C极板(13)(16)，陶瓷极板(14)，B极板(17)上的φ₀孔均同一轴线，β＝v₀/v_q为发动机处于功率匹配状态即系统维持等离子体恒温状态，而v₀/v_q＜β＜v₀/v_q则系统处于对等离子加热或者冷却状态，闭合循环等离子体(8)由非电中性过渡到电中性的时间为t_D(s)，即t_D＝2λ_D/v_h并且t_D(s)＜＜_tAB(s)。

2.如权利要求1所述的循环等离子体电推进装置，其特征在于，带电粒子在平行板电场方向上一维顺序排列，每一个电荷都有相同的加速度及独立的空间和时间。

3.如权利要求1所述的循环等离子体电推进装置，其特征在于，带电粒子在电场中的比冲I_s(N·s/kg)定义为I_s＝F_q/G_q＝qF₀/G_q。

4.如权利要求1所述的循环等离子体电推进装置，其特征在于，静电动力电极的电功率P_AB＝βF_qv_q，只有在d₁≠d₂即d₁＜d₂并令t_AB＝t_C的条件下才能成立。

5.如权利要求1所述的循环等离子体电推进装置，其特征在于，一台发动机可以有一个或多个动力平台，每一个动力平台的建立都必须使系统处于功率匹配状态，即满足βF_qv_q＝F₀v₀平衡关系。

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