DE1085353B - Plasmabeschleuniger fuer Plasmaerzeuger - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft Plasmabeschleuniger für Plasmaerzeuger und befaßt sich insbesondere mit Einrichtungen zur Erzeugung von Strömungen mit Überschallgeschwindigkeit, die z. B. gebraucht werden, um das Verhalten und die Umgebung eines sich in einem flüssigen oder gasförmigen Medium mit Überschallgeschwindigkeit bewegenden Körpers nachzuahmen. Sie betrifft insbesondere-jelektrisch angetriebene-Überschallerzeuger, die dazu dienen, Medien auf äußerst große Geschwindigkeit und hohe Temperatur bei einem feststehenden Probekörper anzutreiben und das Verhalten dieses Körpers unter diesen Bedingungen in dem umgebenden Medium zu studieren.

Bei der Verwendung derartiger Geräte ist es erwünscht, eine dichte Strömung des Mediums zu erhalten, ohne daß man den elektrischen Kraftverbrauch oder die Länge des elektrischen Lichtbogens vergrößern muß, was eine höhere Spannung erfordern würde; zusätzlich ist es bei einigen Anwendungen erwünscht, eine größere Änderung bei der Zusammensetzung der Medien zu ermöglichen, als man bis jetzt erhalten konnte. *·,.

Diese Aufgaben können gemäß der Erfindung dadurch gelöst werden, daß für Plasmaerzeuger, die mit einem elektrischen Lichtbogen arbeiten, ein Plasmabeschleuniger mit einer länglichen Kammer zur Aufnahme des erzeugten Plasmas versehen ist, an deren Umfang ein Medium fortlaufend zugeführt wird, um das Plasma auf einen engen Strahl längs der Kammerachse zu begrenzen und es somit von den Kammerwänden fernzuhalten, und daß eine sich erweiternde Düse für den Austritt des Plasmas vorgesehen ist.

In den Zeichnungen ist

Fig. 1 ein Schnitt, der ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt, und

Fig. 2 und 3 sind Schnitte in Querrichtung nach den Linien 2-2 und 3-3 der Fig. 1.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein im wesentlich zylindrisch gestalteter Behälter 10 vorgesehen, der eine Einlaßöffnung 11 hat, um einen besonders heißen Strom des Plasmas 12 aufzunehmen und der eine Auslaßöffnung 13 aufweist, die zu einer Düse 14 führt, welche die Aufgabe hat, das Plasma 12, das von der Kammer 10 angetrieben wird, gleichförmig auszudehnen und stark zu beschleunigen.

In der Kammer 10 ist über die ganze Länge eine Reihe tangential angeordneter Düsenöffnungen 15 angebracht, die durch einen gemeinsamen Mediumeinlaß 25 gespeist werden, um in die Kammer Gase, Pulse oder Flüssigkeiten 16 so einzuspritzen, daß sich eine dichte schnelldrehende Säule konzentrisch um das heiße Plasma 12 bildet, wie es in Fig. 2 und 3 dargestellt ist. Zusätzlich zur Einengung des Plasmas 12 zu einem relativ feinen Strahl, wie dargestellt, werden Teile des Plasmabeschleuniger für Plasmaerzeuger

Anmelder:

General Electric Company,
Schenectady, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt,
Frankfurt/M. 1, Parkstr. 13

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 8. April 1957

Albert George Clark, Wayne, Pa. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

Gases oder der Flüssigkeit 16, die um das Plasma kreisen, dem Plasma einverleibt; sie werden erhitzt und dem Plasmaauslaß 13 zugeführt. Beobachtungen zeigen, daß der Anteil des kreisenden Mediums 16, der sich in der Nähe des Plasmas befindet, auf die sehr hohe Temperatur des Plasmas erhitzt wird, und daß er dabei durch die Kraft des Dampfdruckes, der von der hohen Temperatur herrührt, in dieses Plasma eingeführt wird. Wenn das Medium in das Plasma eingedrungen ist, wird der Dampf überhitzt; er zerfällt dann in Moleküle und schließlich in geladene Ionen. Demzufolge ist das Plasma, das den Auslaß 13 verläßt, dadurch, daß Bestandteile des Mediums 16 hinzugefügt werden, beträchtlich dichter, als das Plasma 12, das durch den Einlaß 11 eintritt.

Wenn dem Plasma 12 in der Kammer keine zusätzliche elektrische Energie oder Wärme zugeführt wird, dann wird natürlich die Energie, die gebraucht wird, um das Medium 16 zu zerlegen, von der Energie, die in dem Plasma 12 enthalten ist, abgeleitet und als Folge davon seine Temperatur verringert. Wenn mit anderen Worten dem Plasma Masse hinzugefügt wird, so ergibt sich eine Verringerung seiner Temperatur beim Ausstoßen aus der Auslaßöffnung 13. Wenn jedoch das Plasma 12, das in die Kammer 10 eintritt, sich auf einer Temperatur von mehr als 10000° C befindet, dann kann bei vielen Verwendungszwecken, bei denen eine derartige hohe Temperatur nicht gebraucht wird, eine beträchtliche zusätzliche Masse hinzugefügt werden.

Der Betrag der dem Plasma 12 zugeführten Masse oder, anders ausgedrückt, die Dichte des Plasmas, das aus der Kammer 10 ausgestoßen wird, ist eine Funktion

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der Länge dieser Kammer, des Druckes und der Zusammensetzung des Gases, der Flüssigkeit oder des Pulvers 16, das in die zweite Kammer eingeführt wird, ebenso wie der Temperatur des ursprünglichen Plasmas 12, das in die Kammer eintritt. Alle diese Veränderliehen können innerhalb von Grenzen nach Wunsch verändert werden, um diejenigeDichte und Zusammensetzung, die man für die verschiedenen Verwendungszwecke braucht, zu erhalten.

Das Medium 16, welches durch tangential angeordnete Düsen 15 eingeführt wird, wird vorzugsweise stetig unter passendem Druck eingespritzt, um das Lichtbogenplasma 12 auf einen dünnen Strahl nach Wunsch zu begrenzen, um es dem Plasma zuzuführen und um dem Plasma die gewünschte Dichte zu erteilen. Das Medium, das nicht »verbraucht« oder in den Lichtbogen eingeführt wird, kann durch die Ableitungsschlitze 26 entweichen, die in der rechten Abschlußwand der Kammer 10 in der Nähe der Düse 14 wie gezeigt angeordnet sind.

Ein gegen Wärme widerstandsfähiges Futter 27 kann auf der Innenseite der Düse 14 vorgesehen sein, um eine rasche Abtragung dieser Düsenoberfläche im Bedarfsfalle zu verhindern. .^_ .„--

Der Mechanismus, der das anfänglich heiße Plasma 12 erzeugt, besteht vorzugsweise aus einem im allgemeinen zylindrischen Behälter 17, der mit der Kammer 10 verschraubt ist. Eine positive Stabelektrode 18 aus Graphit oder einem ähnlichen Stoff ist konzentrisch in dem Behälter 17 befestigt, und eine negative, im allgemeinen ringförmige Elektrode 19 ist in einer passenden Öffnung in der rechten Außenwand dieses Behälters 17 befestigt. Eine starke nicht gezeigte Stromquelle mit relativ niedriger Spannung aber besonders hoher Stromstärke ist zwischen diesen Elektroden 18 und 19 angelegt, um das elektrische Bogenplasma 12 zu erzeugen.

Um diesen Bogen am Ausbreiten zu verhindern und um ihn auf ein genügend kleines Volumen zu begrenzen, wobei gleichzeitig die Dichte der Strömung und die Temperatur, über die Werte, die man normalerweise erhält, stark erhöht wird, wird ein passendes Medium 21, wie Luft, Wasser oder Stickstoff od. dgl. in den Behälter 17 zwischen den Elektroden mit hoher Geschwindigkeit durch eine tangential angeordnete Düse eingeführt, so daß es konzentrisch mit hoher Geschwindigkeit um den Lichtbogen wirbelt oder kreist. Eine rotierende Säule des Mediums 21 entsteht so um den Plasmastrahl 12, wobei der Lichtbogen auf eine beträchtlich kleinere Ouerschnittsfläche beschränkt ist, als er normalerweise an Raum einnehmen würde, so daß die Dichte des Mediums stark anwächst und die Temperatur auf Werte über 10000° C ansteigt.

Außer der Begrenzung des Lichtbogens und der starken Zunahme seiner Temperatur werden Teile des Mediums, die um den Lichtbogen kreisen, dem Licht bogen einverleibt; sie werden erhitzt und durch die Mittelöffnung der Elektrode 19 geleitet, um das Lichtbogenplasma 12 zu bilden.

So kann man mit Hilfe der vorliegenden Erfindung die Dichte eines Flammenplasmas steigern und die Zusammensetzung nach Wunsch ändern, ohne daß man die Lichtbogenlänge und hiermit die angelegte Spannung zu vergrößern braucht.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Plasmabeschleuniger für Plasmaerzeuger, die mit einem elektrischen Lichtbogen arbeiten, ge- -kfiBnYeMmel^^dtirdi-^-eiiie-iangliehe Kammer zur Aufnahme des erzeugten Plasmas, an deren Umfang ein Medium fortlaufend zugeführt wird, um das Plasma auf einen engen Strahl längs der Kammerachse zu begrenzen und es somit von den Kammerwänden fernzuhalten, sowie durch eine sich erweiternde Düse für den Austritt des Plasmas.

2. Beschleuniger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführeinrichtung für das Medium aus einer Reihe von untereinander verbundenen Einlaßöffnungen besteht, die auf der ganzen Länge der Kammer angeordnet sind und das Medium unter Druck zuführen, damit es um das Plasma kreist und es auf eine enge Bahn begrenzt.

3. Beschleuniger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführeinrichtung für das Medium aus entlang der Kammer tangential angeordneten Öffnungen besteht, durch die das Medium zum Umlauf gebracht wird, so daß es eine dichte Wand um das Plasma bildet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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