DE69914987T2

DE69914987T2 - Auf hohen thermischen Belastungen abgestimmter Plasmamotor mit geschlossenem Elektronendrift

Info

Publication number: DE69914987T2
Application number: DE69914987T
Authority: DE
Inventors: Dominique Valentian; Jean-Pierre Bugeat; Eric Klinger
Original assignee: Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA; SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1998-08-25
Filing date: 1999-08-04
Publication date: 2004-12-16
Anticipated expiration: 2019-08-05
Also published as: FR2782884B1; EP0982976B1; CA2280479C; JP2000073937A; RU2219371C2; FR2782884A1; IL131182A; US6281622B1; JP4347461B2; IL131182A0; CA2280479A1; UA57770C2; EP0982976A1; DE69914987D1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen auf hohe Wärmebelastungen abgestimmten Plasmaantrieb mit geschlossener Elektronendrift, aufweisend einen ringförmigen Ionisierungs- und Beschleunigungshauptkanal, der durch Teile aus isolierendem Werkstoff abgegrenzt ist und an seinem stromabseitigen Ende geöffnet ist, zumindest eine hohle Kathode, die außerhalb des ringförmigen Hauptkanals seitwärts dessen stromabseitigen Bereiches angeordnet ist, eine ringförmige Anode, die konzentrisch in dem ringförmigen Hauptkanal und in einem Abstand von dem offenen stromabseitigen Ende angeordnet ist, eine Röhrenleitung, und einen Verteiler zum Speisen der ringförmigen Anode mit ionisierbarem Gas, und einen Magnetkreis zur Schaffung eines Magnetfeldes in dem ringförmigen Hauptkanal.
Stand der Technik
Bereits bekannt sind zum Beispiel aus dem Dokument EP-A-0 541 309 Plasmaantriebe mit geschlossener Elektronendrift, deren Aufbau in der 13 im Querschnitt wiedergegeben ist.
Ein Antrieb dieser Art umfasst eine Kathode 2, einen Gasverteiler 1, der eine Anode ausbildet, einen ringförmigen Beschleunigungskanal (Entladungskammer) 3, der durch interne und externe Wandungen 3a und 3b abgegrenzt ist, und einen Magnetkreis aufweisend einen äußeren Pol 6, einen inneren Pol 7, einen Zentralkern 12, eine magnetische Hülle 8, eine innere Wicklung 9 und eine äußere Wicklung 10.
Der ringförmige Beschleunigungskanal 3 ist zwischen einer inneren magnetischen Abschirmung 4 und einer äußeren magnetischen Abschirmung 5 angeordnet, die es gestatten, den Gradienten des radialen magnetischen Feldes in dem Kanal 3 zu erhöhen. Der Kanal 3 ist mit dem äußeren Polstück 6 mittels eines zylindrischen Metallteiles 17 verbunden.
Aus thermischer Sicht ist der Kanal 3 nicht nur von den magnetischen Abschirmungen 4, 5 umgeben, sondern auch von Antiwärmestrahlungsabschirmungen 13 in Richtung der Achse und der zentralen Wicklung wie auch nach außen. Die einzige wirksame Kühlmöglichkeit mittels Abstrahlung ist am stromabseitigen Ende des zum Raum hin geöffneten Kanals 3 angeordnet. Daraus resultiert eine höhere Kanaltemperatur, als wenn der Kanal 3 die Möglichkeit hätte, über seine äußere seitliche Fläche zu strahlen.
Aus dem Dokument WO 94/02738 ist ferner ein Aufbau eines Plasmaantriebes mit geschlossener Elektronendrift 20 bekannt, in dem ein Beschleunigungskanal 24 stromaufwärts mit einer Beruhigungspufferkammer 23 verbunden ist, wie in 14, die eine Halbachsenschnittansicht eines solchen Aufbaus von oben ist, dargestellt.
Der in der 14 beschriebene Plasmaantrieb weist auf: Einen ringförmigen Ionisierungs- und Beschleunigungshauptkanal 24, der durch Teile 22 aus isolierendem Material abgegrenzt ist und an seinem stromabseitigen Ende 25a geöffnet ist, zumindest eine hohle Kathode 40 und eine ringförmige, konzentrische Anode 25 an dem Hauptkanal 24. Mittel 26 zur Speisung mit ionisierbarem Gas münden stromaufwärts der Anode 25 in einen ringförmigen Verteiler 27 ein. Mittel 31 bis 33, 34 bis 38 zur Bildung eines Magnetfeldes in dem Hauptkanal 24 sind darauf abgestimmt, in dem Hauptkanal 24 ein im wesentlichen radiales Magnetfeld zu erzeugen, das einen Gradienten mit einer maximalen Induktion am stromabseitigen Ende 25a des Kanals 24 aufweist. Die Mittel zur Bildung des magnetischen Feldes weisen im wesentlichen auf: Eine äußere Wicklung 31, umgeben von einer magnetischen Schutzhülle, zwei Polstücke außen 34 und innen 35, eine erste axiale Wicklung 33, eine zweite axiale Wicklung 32, umgeben von einer magnetischen Abschirmung, und ein Magnetjoch 36.
Die Beruhigungskammer 23, die frei in den Raum strahlen kann, trägt zum Kühlen des Kanals 24 bei. Jedoch wirkt die äußere torische Wicklung 31 der Abkühlung des Kanals 24 in dem am meisten thermisch belasteten Bereich entgegen. Außerdem muss die erste innere Wicklung 33 in Bezug auf das Volumen, das ihr von der mit der zweiten axialen Wicklung 32 verbundenen magnetischen Abschirmung gewährt wird, eine sehr hohe Amperewindungszahl bereitstellen. Auf diese Weise kommt eine verhältnismäßig hohe Temperatur zustande.
Die augenblicklich bekannten Plasmaantriebe mit geschlossener Elektronendrift, die auch mit der Bezeichnung stationäre Plasmaantriebe bezeichnet werden können, werden im wesentlichen zur Nord-Süd-Steuerung der geostationären Satelliten verwendet.
Die strukturellen Eigenschaften der augenblicklich bekannten Plasmaantriebe mit geschlossener Elektronendrift gestatten es nicht, den thermischen Fluss im Betrieb zu optimieren. Daraus ergibt sich, dass die Plasmaantriebe mit geschlossener Elektronendrift keinen genügend hohen Wirkungsgrad aufweisen können, um Hauptantriebsaufgaben zu ermöglichen, wie einen Transfer in geostationären Umlauf oder eine planetare Mission, sobald das Verhältnis zwischen der Oberfläche und der Verlustleistung bei einem großen Antrieb geringer ist, was bedeutet, dass die Temperatur eines großen Plasmaantriebes bekannten Typs auf übermäßige Weise ansteigt, oder dass das Gewicht dieses großen, bekannten Plasmaantriebes übermäßig hoch wird, wenn der Wärmefluss konstant gehalten wird.
Gegenstand und kurze Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung zielt darauf ab, die vorgenannten Nachteile auszuräumen und es zu ermöglichen, den Betrieb und die Ableitung des thermischen Flusses in Plasmaantrieben mit geschlossener Elektronendrift so zu optimieren, dass die Verwirklichung von Plasmaantrieben mit größerer Leistung als derjenigen der augenblicklich bekannten Plasmaantriebe mit geschlossener Elektronendrift ermöglicht wird.
So zielt die Erfindung darauf ab, einen neuen Aufbau eines Antriebes mit geschlossener Elektronendrift anzubieten, dessen thermische und strukturelle Konzeption im Vergleich zu bereits bekannten Plasmaantrieben verbessert ist.
Diese Ziele werden dank eines Plasmaantriebes mit geschlossener Elektronendrift erreicht, der an hohe Wärmebelastungen angepasst ist, aufweisend einen ringförmigen Ionisierungs- und Beschleunigungskanal, der durch Teile aus isolierendem Werkstoff abgegrenzt und an seinem stromabseitigen Ende geöffnet ist, zumindest eine hohle Kathode, die außerhalb des ringförmigen Hauptkanals seitwärts dessen stromabseitigen Bereiches angeordnet ist, eine ringförmige Anode, die konzentrisch in dem ringförmigen Hauptkanal und in einem Abstand von dem offenen stromabseitigen Ende angeordnet ist, eine Röhrenleitung und einen Verteiler zum Speisen der ringförmigen Anode mit ionisierbarem Gas, und einen Magnetkreis zur Schaffung eines Magnetfeldes in dem ringförmigen Hauptkanal, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkreis aufweist:

– ein erstes äußeres, im wesentlichen radiales Polstück,
– ein zweites äußeres konisches Polstück,
– ein erstes inneres, im wesentlichen radiales Polstück,
– ein zweites inneres konisches Polstück,
– eine Vielzahl äußerer Magnetkerne, umgeben von äußeren Wicklungen zur Verbindung des ersten und des zweiten äußeren Polstücks untereinander,
– einen axialen Magnetkern, umgeben von einer ersten inneren Wicklung und verbunden mit dem ersten inneren Polstück, und
– eine zweite innere Wicklung, angeordnet stromaufseitig von den äußeren Wicklungen.

Die Anwesenheit einer Vielzahl äußerer Magnetkerne, die das erste und das zweite äußere Polstück verbinden, ermöglicht es, einen großen Teil der von der inneren Wandung des Kanals aus Keramik stammenden Strahlung hindurch zu lassen. Die konische Form des zweiten äußeren Polstücks ermöglicht es, das für die äußeren Wicklungen zur Verfügung stehende Volumen zu erhöhen und den festen Strahlungswinkel zu erhöhen. Die konische Form des zweiten inneren Polstücks ermöglicht es ferner, das der ersten inneren Wicklung zugestandene Volumen zu erhöhen, zugleich eine Kanalisierung des magnetischen Flusses zu gewährleisten, die eine Abschirmfunktion für die zweite innere Wicklung gewährleistet.
Vorteilhafterweise weist der Plasmaantrieb auf: Eine Vielzahl erster radialer Arme, die den axialen Magnetkern mit dem stromaufseitigen Bereich des zweiten inneren konischen Polstücks verbinden, und eine Vielzahl zweiter radialer Arme, die die ersten radialen Arme verlängern und an die Vielzahl äußerer Magnetkerne sowie an den stromaufseitigen Bereich des zweiten äußeren konischen Polstücks angeschlossen sind.
Die Anzahl der ersten radialen Arme und die der zweiten radialen Arme ist gleich derjenigen der äußeren Magnetkerne.
Ein schmaler Luftspalt kann zwischen den ersten radialen Armen und den zweiten radialen Armen vorgesehen sein, um die Wirkung der zweiten inneren Wicklung zu vervollkommnen.
Nach einem bemerkenswerten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der Plasmaantrieb auf: Eine Strukturplatte bestehend aus einem Werkstoff, der ein guter Wärmeleiter ist, die einen mechanischen Träger des Antriebs darstellt, die verschieden ist von dem axialen Magnetkern, dem ersten und dem zweiten äußeren Polstück und dem ersten und dem zweiten inneren Polstück, und die die Kühlung der ersten inneren Wicklung, der zweiten inneren Wicklung und der äußeren Wicklungen mittels Wärmeleitung gewährleistet.
Vorteilhaft ist die Strukturplatte an ihren Seitenflächen mit einer abstrahlenden Beschichtung bedeckt.
Vorteilhaft weist der ringförmige Hauptkanal in einer Achsenebene einen Schnitt auf, der in seinem stromaufseitigen Bereich kegelstumpfartiger und in seinem stromabseitigen Bereich zylindrischer Gestalt ist, und die ringförmige Anode in einer Achsenebene einen Schnitt, der in Gestalt eines Kegelstumpfes profiliert ist.
Nach einer besonderen Ausgestaltung definieren die Teile, die den ringförmigen Hauptkanal abgrenzen, einen Ringkanalblock und sind mit der Platte mittels eines einzigen Tragteils verbunden, das mit Wärmedehnungsschlitzen versehen ist, wobei die Teile mittels Schraubverbindung mit dem einzigen Tragteil verbunden sind.
Nach einer weiteren besonderen Ausgestaltung weist der ringförmige Hauptkanal ein stromabseitiges Ende auf, das durch zwei ringförmige Teile abgegrenzt ist, die aus isolierender Keramik bestehen, von denen jedes mit der Platte mittels eines individuellen Tragteils verbunden ist, und der stromaufseitige Bereich des ringförmigen Hauptkanals ist durch die Wandungen der Anode verkörperlicht, die durch den leeren Raum von den Tragteilen elektrisch isoliert ist. Die einzelnen Tragteile sind koaxial.
Beispielsweise beträgt das Verhältnis zwischen der axialen Länge der Teile aus isolierender Keramik und der Breite des Kanals zwischen 0,25 und 0,5, und der Abstand zwischen den Wandungen der Anode und den Tragteilen der Teile aus isolierender Keramik zwischen 0,8 mm und 5 mm.
Die Anode ist in Bezug auf die Platte mit Hilfe eines massiven Säulchens und flexibler Plättchen befestigt.
In der Platte können Ausfräsungen vorgesehen sein zum Aufnehmen der zweiten radialen Arme, der mit einem Isolator versehenen Röhrenleitung zur Speisung mit ionisierbarem Gas, einer Leitung zur Polung der Anode und Drähten zur Speisung der äußeren Wicklungen und der ersten und der zweiten inneren Wicklung.
Dank der Anwesenheit einer Strukturplatte kann der Magnetkreis im wesentlichen die Funktion des Kanalisierens des magnetischen Flusses ausüben, während die massive Platte aus einem guten Wärmeleiter, zum Beispiel einer Leichtmetalllegierung, die auf ihrer Seitenfläche anodisiert ist, oder auch einem Carbon-Carbon-Kompositwerkstoff, der auf seiner stromabseitigen Fläche mit einer Kupferschicht bedeckt ist, zugleich die Abkühlung der Wicklungen mittels Leitung und die Abführung der Wärmeverluste mittels Strahlung und die Funktion der Strukturfestigkeit des Antriebes gewährleistet.
Der Plasmaantrieb weist Folien aus hochisolierendem Werkstoff auf, die stromaufseitig von dem ringförmigen Hauptkanal angeordnet sind, und Folien aus hochisolierendem Werkstoff, die zwischen dem ringförmigen Hauptkanal und der ersten inneren Wicklung angeordnet sind.
Gemäß einer ersten möglichen Anordnung ist die Konusspitze des stromaufseitigen zweiten inneren Polstücks nach stromab gerichtet.
Gemäß einer weiteren möglichen Anordnung ist die Konusspitze des stromaufseitigen zweiten inneren Polstücks nach stromauf gerichtet.
Nach einer weiteren besonderen Ausgestaltung der Erfindung weist der Plasmaantrieb ein gemeinsames Tragteil zum Tragen der ersten inneren Wicklung, des zweiten konischen inneren Polstücks und der zweiten inneren Wicklung, die mittels Löten oder Diffusionsschweißen auf dem gemeinsamen Tragteil befestigt sind, auf, und das gemeinsame Tragteil ist mittels Schrauben auf der Platte angebracht, wobei eine thermisch leitende Folie dazwischen angeordnet ist.
Nach einer besonderen Ausführungsart der Erfindung wird, um die Kühlung der ersten inneren Wicklung zu verbessern, die erste innere Wicklung, welche die thermisch am meisten belastete ist, mittels eines Wärmerohres gekühlt, das mit dem inneren Bereich des gemeinsamen Tragteils verbunden und in einer Aussparung des Magnetkerns angeordnet ist.
Nach einer Abwandlung wird die erste innere Wicklung mittels einer Vielzahl von Wärmerohren gekühlt, die mit dem stromaufseitigen Bereich des gemeinsamen Tragteils verbunden sind und die durch Öffnungen hindurch gehen, die in dem zweiten inneren Polstück vorgesehen sind.
Vorzugsweise ist das zweite äußere konische Polstück durchbrochen.
Das erste und das zweite äußere Polstück sind mittels eines nichtmagnetischen durchbrochenen strukturellen Verbindungsteiles mechanisch verbunden.
Nach einer weiteren Ausführungsart sind die äußeren Magnetkerne der äußeren Wicklungen in Bezug auf die Achse des Antriebs so in einem Winkel β geneigt, dass die Achse dieser äußeren Magnetkerne etwa rechtwinklig zu der Winkelhalbierenden des Winkels ist, der aus den Mantellinien der Kegel des ersten und des zweiten äußeren Polstücks gebildet ist.
Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung weist die ringförmige Anode auf: Einen mit inneren Schikanen versehenen Verteiler, der eine stromabseitige flache Platte aufweist, die mit den Wandungen des Hauptkanals zwei ringförmige Blenden abgrenzt, eine hintere Platte, die an die Wandungen des Hauptkanals angepasst ist zum Begrenzen von Gasentweichungen nach stromauf, und zylindrische Wandungen, die mit Löchern zur Injektion ionisierbarer Gase in den Hauptkanal versehen sind.
Kurze Figurenbeschreibung
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der einzelnen Ausführungsarten, die beispielhaft in Bezug auf die folgenden Zeichnungen angegeben sind, in denen:
die 1 eine axiale Halbschnittansicht einer ersten besonderen Ausführungsart eines Plasmaantriebes mit geschlossener Elektronendrift nach der Erfindung ist,
die 2 eine Perspektivansicht mit Teilschnitt des Plasmaantriebes gemäß der 1 ist,
die 3 eine Perspektivansicht des zentralen Bereiches eines Plasmaantriebes nach der Erfindung, ausgestattet mit Wärmerohren, ist,
die 4 eine Perspektivansicht mit axialem Schnitt einer Anode, die in einen erfindungsgemäßen Plasmaantrieb eingebaut sein kann, ist,
die 5 eine teilperspektivische Ansicht mit axialem Halbschnitt einer weiteren Anode vereinfachter Struktur, die in einem erfindungsgemäßen Plasmaantrieb eingebaut sein kann, ist,
die 6 eine Draufsicht mit Halbschnitt eines Tragteils eines ringförmigen Kanals gemäß einer besonderen Ausführungsart eines erfindungsgemäßen Plasmaantriebes ist,
die 7 eine Explosionsansicht des zentralen Bereiches eines erfindungsgemäßen Plasmaantriebes ist,
die 8 ein Schnitt ist, der ein Wärmerohr zeigt, das mit einer ersten inneren Wicklung eines erfindungsgemäßen Plasmaantriebes verbunden ist,
die 9 eine Perspektivansicht ist, die eine strukturelle Verstärkung zwischen den äußeren Polstücken des Magnetkreises eines erfindungsgemäßen Plasmaantriebes zeigt,
die 10 eine schematische Teilansicht ist, die eine besondere Ausführungsart eines Plasmaantriebes zeigt, der mit geneigten äußeren Wicklungen versehen ist gemäß einer Ausführungsart der Erfindung,
die 11 eine Teilansicht im axialen Halbschnitt ist, die eine Anode zeigt, die einen Teil des Körpers eines Beschleunigungskanals ausbildet gemäß einer besonderen Ausführungsart eines erfindungsgemäßen Plasmaantriebes,
die 12 eine axiale Halbschnittansicht einer weiteren besonderen Ausführungsart eines Plasmaantriebes mit geschlossener Elektronendrift gemäß der Erfindung ist,
die 13 eine axiale Halbschnittansicht eines ersten Beispiels eines Plasmaantriebes mit geschlossener Elektronendrift nach dem Stand der Technik ist, und
die 14 eine Drauf- und axiale Halbschnittansicht eines zweiten Beispiels eines Plasmaantriebes mit geschlossener Elektronendrift gemäß dem Stand der Technik ist.
Genaue Beschreibung der besonderen Ausführungsarten der Erfindung
Zunächst wird auf die 1 und 2 Bezug genommen, die ein erstes Beispiel eines Plasmaantriebes mit geschlossener Elektronendrift gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen.
Der Plasmaantrieb mit geschlossener Elektronendrift gemäß den 1 und 2 weist einen ringförmigen Ionisierungs- und Beschleunigungskanal 124 auf, der durch isolierende Wandungen 122 abgegrenzt ist. Der Kanal 124 ist an seinem stromabseitigen Ende 125a geöffnet und weist in einer axialen Ebene einen Schnitt auf, der in seinem stromauseitigen Bereich kegelstumpfartig und in seinem stromabseitigen Bereich zylindrisch ist.
Eine hohle Kathode 140 ist außerhalb des Hauptkanals 124 angeordnet und weist vorteilhaft einen Winkel α mit der Antriebsachse X-X auf, der zwischen 15° und 45° beträgt.
Eine ringförmige Anode 125 weist in einer axialen Ebene einen Schnitt auf, der in Gestalt eines nach stromab geöffneten Kegelstumpfes profiliert ist.
Die Anode 125 kann Fugen aufweisen, welche die Oberfläche des Kontaktes mit dem Plasma vergrößern. Löcher 120 zur Injektion eines ionisierbaren Gases, das von einem Verteiler 127 ionisierbaren Gases her kommt, sind in der Wandung der Anode 125 ausgebildet. Der Verteiler 127 wird mittels einer Röhrenleitung 126 mit ionisierbarem Gas gespeist.
Einzelne Beispiele für Anoden 125 sind weiter unten in Bezug auf die 4 und 5 beschrieben.
Die Entladung zwischen der Anode 125 und der Kathode 140 wird mittels einer Verteilung des magnetischen Feldes gesteuert, die mittels eines Magnetkreises bestimmt wird.
Der Magnetkreis weist ein erstes im wesentlichen radiales äußeres Polstück 134 auf. Dieses äußere Polstück 134 kann flach sein oder kann eine leichte Kegelform aufweisen, die in Bezug auf die Austrittsebene S (1) einen Winkel e₁ aufweist, der zwischen +15° und –15° beträgt.
Das äußere Polstück 134 ist über eine Vielzahl magnetischer Kerne 137, die von äußeren Wicklungen 131 umgeben sind, mit einem zweiten äußeren Polstück 311 verbunden, das eine konische Form aufweist, die stärker ausgebildet ist, als die möglicherweise etwas konische Form des ersten äußeren Polstücks 134. Der Halbwinkel e₂ des Kegels des äußeren Polstücks 311 kann zwischen 25° und 60° betragen. Das äußere Polstück 311 ist vorteilhaft geradeaus von den Durchgängen der äußeren Wicklungen 131, um die radialen Abmessungen zu vermindern, und zwischen den Wicklungen, um die Abkühlung der Keramik, welche die Wandungen 122 des Kanals 124 ausbildet, mittels Strahlung zu verbessern, durchbrochen.
Ein erstes im wesentlichen radiales inneres Polstück 135 kann flach sein oder kann eine leichte Konizität aufweisen, die in Bezug auf die Austrittsebene S einen Winkel i₁ definiert, der zwischen –15° und +15° beträgt.
Das erste innere Polstück 135 ist durch einen zentralen axialen Magnetkern 138 verlängert, der von einer ersten inneren Wicklung 133 umgeben ist. Der axiale Magnetkern 138 selbst ist im stromaufseitigen Bereich des Antriebs durch eine Vielzahl radialer Arme 352 verlängert, die mit einem zweiten inneren stromaufseitigen konischen Polstück 351 verbunden sind, das mit der Achse X-X des Antriebs einen Halbwinkel i₂ von 15° bis 45° aufweist. In der Ausführungsart der 1 und 2 zeigt die Spitze des Kegels des zweiten inneren Polstücks 351 nach stromab. In der Gesamtheit der vorliegenden Beschreibung bedeutet nach stromab/stromabwärts einen Bereich, der zu der Austrittsebene S und dem offenen Ende 125a des Kanals 124 benachbart ist, während der Ausdruck nach stromauf/stromaufwärts einen Bereich ausweist, der entfernt ist von der Austrittsebene S und dabei in Richtung des geschlossenen Bereiches des Kanals 124 weist, der mit einer Anode 125 und einem Verteiler 127 zum Speisen mit ionisierbarem Gas ausgestattet ist.
Eine zweite innere magnetische Wicklung 132 ist in dem stromaufseitigen Bereich des zweiten inneren Polstücks 351 außerhalb von diesem angeordnet. Das Magnetfeld der zweiten inneren Wicklung 132 wird mittels radialer Arme 136, die in der Verlängerung der radialen Arme 352 angeordnet sind, sowie mittels des äußeren Polstücks 311 und des inneren Polstücks 351 kanalisiert. Ein kleiner Spalt, zum Beispiel in der Größenordnung von 1–4 mm, kann zwischen den radialen Armen 352 und den radialen Armen 136 vorgesehen sein, um die Wirkung der zweiten inneren Wicklung 132 zu vervollkommnen.
Der axiale magnetische Kern 138 ist mit den äußeren Magnetkernen 137 durch die Vielzahl magnetischer Arme 136 verbunden, die in der Verlängerung der radialen Arme 352 angeordnet sind. Die radialen Arme 352 und die radialen Arme 136 sind in gleicher Zahl wie die äußeren Wicklungen 131 vorhanden, die auf den äußeren Magnetkernen 137 angeordnet sind.
Gemäß einem wichtigen Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die Wicklungen 133, 131, 132 mittels Leitung an eine Strukturplatte 175 aus wärmeleitendem Material direkt gekühlt, wobei diese Platte 175 auch als mechanisches Tragteil für den Antrieb dient. Die Platte 175 ist vorteilhaft auf ihren Seitenflächen mit einer Strahlungsbeschichtung ausgestattet, die es ermöglicht, die Strahlung der Wärmeverluste in den Raum zu verbessern.
Die Platte 175 kann aus einer Leichtmetalllegierung ausgebildet sein, an ihrer Seitenfläche anodisiert sein, um ihre Strahlungsfähigkeit zu erhöhen.
Die Platte 175 kann auch aus einem Carbon-Carbon-Kompositwerkstoff ausgebildet sein, der auf seiner stromabseitigen Fläche mit einer metallischen Beschichtung, wie zum Beispiel Kupfer, versehen sein kann, um die Strahlungsfähigkeit der Seitenflächen zu maximieren, und die Absorptionsfähigkeit der stromabseitigen Seite, die der Strahlung der Keramik des Kanals ausgesetzt ist, zu minimieren.
Das Vorhandensein einer massiven Platte 175, die die Funktion eines strukturellen Tragteils und des Abkühlens mittels Leitung der Wicklungen 131, 133, 132 erfüllt, ermöglicht eigentlich, den Magnetkern maximal zu erleichtern.
In dem Beispiel der 1 und 2 weist der Magnetkreis vier äußere Wicklungen 131 auf, von denen zwei in der 2 sichtbar sind. Jedoch kann man eine Zahl äußerer Wicklungen 131 verwirklichen, die sich von vier unterscheidet.
Die äußeren Wicklungen 131 und ihre Magnetkerne 137 ermöglichen es, ein magnetisches Feld zu schaffen, das zum Teil durch das äußere stromabseitige 134 und das stromaufseitige 311 Polstück kanalisiert ist. Der Rest des magnetischen Feldes wird von den Armen 136 aufgenommen, die um den axialen Magnetkern 138 herum angeordnet sind, der selbst mit dem stromabseitigen inneren Polstück 135, der ersten axialen Wicklung 133, dem zweiten oberen Polstück 351 und der zweiten Wicklung 132 versehen ist.
Der magnetische Fluss, der von der Wicklung 132 bereitgestellt wird, wird mittels des Polstücks 351, des Kerns 138, der radialen Arme 136 und des Polstücks 311 so kanalisiert, dass die Wicklung 132 keine besondere magnetische Abschirmung benötigt.
Betrachtet man die 7, so sieht man, dass die Wicklung 133 das Polstück 351 und die Wicklung 132 mit einem gemeinsamen Tragteil 332 eine auf mechanischer und thermischer Ebene aus einem Block bestehende Gesamtheit ergeben, wobei die aus einem Block bestehende Gesamtheit mittels Leitung an die Platte 175 energisch abgekühlt wird.
Die Wicklung 133, das Polstück 351 und die Wicklung 132 können mit dem gemeinsamen Tragteil 332 durch Löten oder Diffusionsschweißen verbunden sein. Das Tragteil 332 selbst kann mittels Schraubverbindung auf der Platte 175 angebracht sein. Eine leitende Folie ist zwischen die Platte 175 und das Tragteil 332 gelegt, um den thermischen Kontaktwiderstand zu verringern. Die innere Bohrung des Polstücks 351 wird so auf den axialen Magnetkern 138 justiert, dass der Aufbau der Gesamtheit der beiden inneren Wicklungen 133, 132 und des Polstücks 351 auf dem Kern 138 ermöglicht wird.
In herkömmlichen Plasmaantrieben ist das Teil 122 aus keramischem Material, das den ringförmigen Kanal 124 abgrenzt, gegenüber des äußeren Polstücks mittels eines metallischen Tragteils angeordnet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie zum Beispiel in den 1, 2 und 6 dargestellt ist, ist das Teil 122 aus keramischem Material, das den Kanal 124 abgegrenzt, am hinteren Stück (das heißt stromaufwärts) des Antriebs mittels eines metallischen Tragteils 162 fest angebracht, damit letzteres die Strahlung des stromabseitigen Bereichs des Teiles 122 nicht behindert, die frei in den Raum strahlen kann.
Bestimmte Keramiken auf Basis von Bornitrid sind schwer auf Metalle zu löten. Dieses Problem kann ausgeräumt werden, wenn man eine mechanische Fixierung wählt.
Beispielsweise kann man ein Gewinde mit halbkreisförmigem Profil sowohl in dem Teil 122 aus keramischem Werkstoff, als auch in dem Tragteil 162 vorsehen. Dann ist es möglich, einen metallischen Draht 163 zwischen die beiden Teile 122, 162 zu schieben, so dass diese fest miteinander verbunden werden. Eine solche Anordnung gestattet es, das Teil 122 aus Keramik auf dem Tragteil 162 anzuordnen, das zuvor auf den Teilen des Magnetkreises angebracht war.
Das metallische Tragteil 162 kann mit einer Rippe 165 und Aussparungen 164 versehen sein, die Plättchen ausbilden, die es ermöglichen, den Ausdehnungsunterschied zwischen Metall und Keramik zu kompensieren und gleichzeitig ein elastisches Feststellen zu gewährleisten.
Gemäß einer Abwandlung kann man auch einen geschraubten Aufbau der Keramik 122 auf dem Tragteil 162 verwenden, wobei die Feststellferse des letzteren dann umgekehrt ist, das heißt in das Innere des zylindrischen Tragteils 162 gekehrt und durchbrochen ist, um den Draht 145 zur Polung der Anode, sowie die Röhrenleitung 126 zur Versorgung des Verteilers 127 mit ionisierbarem Gas hindurch zu lassen.
Die 11 zeigt noch eine weitere Ausführungsart des Kanals 124.
Für einen Antrieb mit starkem Schub, das heißt mit einem großen Durchmesser, wird es schwierig, ein einstückiges keramisches Teil zu verwirklichen um den ringförmigen Kanal 124 auszubilden. In diesem Fall wird das keramische Material 122 unterteilt in zwei unterschiedliche Ringe 122a, 122b, die auf unterschiedlichen Tragteilen 162a, 162b befestigt sind.
Das Verhältnis zwischen der Länge der keramischen Teile 122a, 122b in Form von Ringen und der Breite des Kanals 124 kann typischerweise zwischen 0,25 und 0,5 betragen. Der Rest des Kanals 124 wird ausgebildet aus den Wandungen der Anode 125. Die elektrische Isolierung zwischen der Anode 125 und den beiden Tragteilen 162a, 162b wird durch das Vakuum gewährleistet. Der Abstand zwischen den Wandungen der Anode 125 und den Tragteilen 162a, 162b bildet ein verringertes Spiel, das zwischen 0,8 und 5 mm beträgt.
Die in der 11 dargestellte Anode 125 wird von Isolatoren wie 151 getragen, die auf der massiven Platte 175 fest angebracht sind, welche eine natürliche elektrostatische Abschirmung für die Isolatoren wie 151 bildet. Die Isolatoren 151 sind mittels flexibler Plättchen 115a verlängert, die sie vor unterschiedlichen Ausdehnungskräften schützen.
Im Falle eines Plasmaantriebes mit großem Durchmesser kann es außerdem vorteilhaft sein, ein oberes inneres Polstück 351 vorzusehen, dessen Kegelspitze eher nach stromauf als nach stromab gerichtet ist. Der sehr große Durchmesser der Wicklung 133 in ihrem stromabseitigen Bereich ermöglicht es, die Tatsache, dass die Wicklung in ihrem stromaufseitigen Teil einen schmaleren Schnitt im Vergleich zu einer Trapezform mit großer Basis aufweist, zu kompensieren, was die Integration von Ringtragteilen 162a, 162b erleichtert, die mit getrennten Ringen 122a, 122b verbunden sind.
Es ist jedoch anzumerken, dass für Plasmaantriebe, deren Durchmesser nicht übermäßig ist, die Verwirklichung des stromaufseitigen inneren Polstücks 351 in Form eines Kegels, dessen Spitze nach stromab gerichtet ist, es ermöglicht, die Kontaktfläche der Wicklung 133 mit trapezförmigem Schnitt mit der Platte 175 zu vergrößern (1) und gleichzeitig ein sehr großes Volumen für die stromabseitige innere Wicklung 133 vorzusehen, ohne dabei die Anordnung der Enden 111, 112 der Polstücke 351, 135 zu ändern, welche die Verteilung des Magnetfeldes bedingen.
Die Ausführung der äußeren Wicklungen 131, deren Anzahl zum Beispiel zwischen 3 und 8 betragen kann, die mit magnetischen Kernen 137 ausgestattet sind, die zwischen den äußeren Polstücken 134, 311 angeordnet sind, ermöglicht es, einen großen Teil der von der äußeren Wandung des ringförmigen Kanals 124 ausgehenden Strahlung hindurch zu lassen. Die konische Form des zweiten äußeren Polstücks 311 gestattet es, das für die äußeren Wicklungen 131 zur Verfügung stehende Volumen zu erhöhen, und den feststehenden Strahlungswinkel zu vergrößern. Das konische äußere Polstück 311 ist im übrigen vorteilhaft durchbrochen, um den Sichtfaktor der Keramikteile 122 zu vergrößern, so dass man einen sehr kompakten und sehr offenen Magnetkreis erhält, der das Strahlen der Gesamtheit ausgehend von der Seitenfläche des Kanals 124 ermöglicht.
Wie bereits angedeutet wurde, spielt die Platte 175 eine wesentliche strukturelle Rolle. Diese massive Platte 175 weist eine erhöhte Resonanzfrequenz auf. Das selbe muss für die Polstücke gelten. Wenn das stromaufseitige äußere Polstück 311 durchbrochen ist, ist seine Resonanzfrequenz verhältnismäßig niedrig. Die im wesentlichen flache Form des stromabseitigen äußeren Polstücks 134 führt ebenfalls zu einer niedrigen Resonanzfrequenz. Um dieses Problem zu beheben, ist es möglich, ein nichtmagnetisches Verbindungsteil 341 (9) im wesentlichen konischer Form zwischen den beiden Polstücken 311 und 134 vorzusehen. Um das Strahlen zu ermöglichen, muss das Teil 341 selbst stark durchbrochen sein, aber dies schadet nicht seiner Resonanzfrequenz, da die es bildenden gitterförmigen Elemente im wesentlichen in Zug-Druck arbeiten.
Gemäß einer Abwandlung, die in 10 dargestellt ist, verbessert man das Verhältnis zwischen der Geometrie der Polstücke 124, 311 und dem den äußeren Wicklungen zugestandenen Volumen, indem man die Achse der letzteren neigt. Auf diese Weise kann, wenn die Achse der äußeren Wicklungen 131 einen Winkel β mit der Achse X-X des Antriebs so bildet, dass die Achse der äußeren Wicklung 131 im wesentlichen rechtwinklig zur Winkelhalbierenden des Winkels u, der von den Kegelseiten der beiden Polstücke 134, 311 gebildet wird, eine äußere Wicklung 131 ein größeres Volumen aufweisen, und die Ausmaße der Platte 175 können verringert werden. Wie in der 10 dargestellt ist, in der aus Gründen der Klarheit der Kanal 124, die Wicklungen 133, 132 und das Polstück 351 weggelassen sind, ist es absolut möglich, die Ausführung geneigter äußerer Wicklungen 131 und die eines äußeren durchbrochenen konischen Polstücks 311 zu kombinieren.
Wie weiter oben bereits angedeutet, spielt die Platte 175 eine wesentliche Rolle bei der Abkühlung des gemeinsamen Tragteils 332, der Wicklungen 133, 132, und des Polstücks 351, das selbst vorteilhaft mit Ausnehmungen versehen ist, wie in der 2 wiedergegeben, mittels Leitung.
Die Abkühlung der Wicklung 133, die thermisch am meisten belastet ist, kann unterdessen durch das Vorsehen eines oder mehrerer Wärmerohre verbessert werden. So ist in der 8 ein Wärmerohr 433 dargestellt, das in eine Ausnehmung 381 des axialen Magnetkerns 138 hineinragt, jedoch ohne Kontakt mit dem letzteren. Das Wärmerohr 433 kann auf die innere Seite des inneren Tragteils 332 der Wicklung 133 geschweißt oder gelötet sein, um das Tragteil 332 isotherm zu machen.
In der 3 ist eine Wicklung 133 dargestellt, die gekühlt wird mittels mehrerer Wärmerohre 433a, 433b, die mit dem stromaufseitigen Teil des Tragteils der Wicklung 133 verbunden sind und die durch Öffnungen hindurchgehen, die innerhalb des stromaufseitigen inneren Polstücks 351 vorgesehen sind.
Erneut unter Bezugnahme auf die 1 und 2 sieht man, dass Folien hochisolierenden Materials, die eine Abschirmung 130 bilden, stromaufwärts des ringförmigen Kanals 124 angeordnet sind, und dass Folien hochisolierenden Materials 301, die eine Abschirmung bilden, ferner zwischen dem Kanal 124 und der ersten inneren Wicklung 133 angeordnet sind. Die hochisolierenden Abschirmungen 130, 301 eliminieren auf diese Weise das wesentliche des durch den Kanal 124 in Richtung der inneren Wicklungen 133, 132 der Platte 175 abgestrahlten Flusses. Im Gegenzug können die Teile 122, die den Kanal 124 begrenzen, durch den festen Winkel zwischen den Polstücken 134 und 311 frei in den Raum strahlen.
Im Falle der Ausführungsart der 11 ist eine elektrostatische Abschirmung 302 oberhalb der Anode 125 angeordnet, um die Beachtung des Gesetzes von Paschen (Isolation durch das Vakuum) zu gewährleisten, und gleichzeitig dazu beizutragen, die Folien hochisolierenden Materials 130 an ihrer Position festzuhalten. Außerdem kann die äußere Seite des äußeren Tragteils 162a eine abstrahlende Beschichtung erhalten, um die Abkühlung der Keramik der Teile 122a, 122b zu verbessern.
Die 12 zeigt ein besonderes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Plasmaantriebes, in dem die Spitze des Kegels des zweiten stromaufseitigen inneren Polstücks 351 nach stromauf gerichtet ist. Die Anordnung ist an Antriebe mit großem Durchmesser angepasst, sie kann aber auch ebenso gut verwirklicht werden mit einem Beschleunigungskanal 124, der durch ein einstückiges Teil 122 aus keramischem Werkstoff abgegrenzt ist, wie in der 12 dargestellt, wie mit einem Beschleunigungskanal 124, der durch zwei Teile 122a, 122b aus keramischem Material, die sich voneinander unterscheiden, abgegrenzt ist, wie bereits unter Bezugnahme auf die 11 beschrieben. In der 12 sind die unterschiedlichen Elemente, die funktionell äquivalent sind zu den bereits unter Bezugnahme auf bereits beschriebene Figuren beschriebenen Elementen, insbesondere was die 1 und 2 betrifft, mit den selben Bezugszeichen versehen und werden nicht erneut beschrieben.
Wie man in der 12 sehen kann, sind auch Ausnehmungen oder Ausfräsungen 751 in der Platte 175 vorgesehen, um die zweiten radialen Arme 136, eine Leitung 145 zur Polung der Anode 125 und Versorgungsdrähte 313, 323, 333 der äußeren Wicklungen 131 und der ersten und zweiten inneren Wicklungen 133, 132 (7 und 12) aufzunehmen. Eine Ausnehmung kann auch in der Platte 175 vorgesehen sein, um die Röhrenleitung 126 zur Versorgung mit ionisierbaren Gas aufzunehmen, die mit einem Isolator 300 versehen ist (dargestellt zum Beispiel in der 4).
Vorteilhaft sind die äußeren Wicklungen 131 sowie die erste und die zweite innere Wicklung 133, 132 aus einem mit mineralischem Isolationsmaterial umgebenen Draht gebildet. Die Drähte der unterschiedlichen Windungen der Wicklungen 131, 132, 133 sind mittels eines Lötmetalls mit hoher thermischer Leitfähigkeit zu einem Stück vereinigt.
Die äußeren Wicklungen 131 sowie die erste und die zweite innere Wicklung 133, 132 sind in Reihe geschaltet und elektrisch mit der Kathode 140 und einem negativen Pol der elektrischen Versorgung der Anoden-Kathoden-Entladung verbunden.
In den Ausführungsarten nach dem Stand der Technik, wie sie in der 14 gezeigt sind, wird eine ringförmige Pufferkammer 23 gebildet, die in radialer Richtung eine Größe aufweist, die zumindest gleich der des ringförmigen Hauptkanals 24 ist und die sich oberhalb von diesem jenseits des Bereiches erstreckt, in dem die ringförmige Anode 25 angeordnet ist.
In einer Ausführungsart der Erfindung wie derjenigen der 1 erhält man eine kompaktere Anordnung, wenn man einen ringförmigen Hauptkanal 124 bildet, der in einer axialen Ebene einen Schnitt aufweist, der in seinem stromaufseitigen Bereich kegelstumpfförmig und in seinem stromabseitigen Bereich zylindrisch ist. Die ringförmige Anode 125 stellt dann in einer axialen Ebene einen in Form eines Kegelstumpfes profilierten Bereich dar.
Es wurde festgestellt, dass man die Wirkung einer Beruhigungskammer im Hauptkanal 124 erzielen kann, indem man die örtliche Gasdichte erhöht, das heißt, indem man den Durchtrittsbereich des Gases nach stromauf verringert, anstatt ihn zu vergrößern.
In der 4 ist ein mögliches Ausführungsbeispiel der ringförmigen Anode 125 wiedergegeben. Eine Reihe ringförmiger Spalte 117, die in dem massiven Bereich 116 der Anode 125 verwirklicht sind, ermöglicht es, Kontaminationsschutz zu gewährleisten. Das ionisierbare Gas wird durch eine steife Röhrenleitung 126 in eine Verteilungskammer 127 eingeführt, die über Injektionslöcher 120 in Verbindung mit den ringförmigen Spalten 117 ist. Ein Isolator 300 ist zwischen dem Kanal 126 und der Anode 125 angeordnet, die über eine elektrische Verbindung 145 mit dem positiven Pol der elektrischen Versorgung der Anoden-Kathoden-Entladung verbunden ist.
Im übrigen sollte man Probleme unterschiedlicher Dehnung zwischen der Anode 125 und den Teilen 122 aus keramischem Material, die den Kanal 124 begrenzen, ausräumen.
Im Fall einer mittels dreier ringförmiger Säulchen befestigten massiven Anode ist es nicht möglich, einen akzeptablen Kompromiß zwischen einer passenden Vibrationsfrequenz, die mit kurzen Säulchen erhalten wird, und akzeptablen thermomechanischen Zwängen, welche lange Säulchen erfordern, zu finden.
Eine mögliche Lösung ist in der 4 wiedergegeben. Die Anode 125 wird zugleich durch ein massives Säulchen 114 mit kreisförmigem Querschnitt getragen, als auch durch zumindest zwei verminderte Säulchen 115 aus biegsamen Plättchen, was einen zufriedenstellenden Kompromiß in Bezug auf die unterschiedlichen Dehnungen darstellt.
Die 5 stellt eine weitere mögliche Ausführungsart für eine Anode 125 dar, die in dem kegelstumpfartigen Bereich eines Beschleunigungskanals 124 angeordnet ist. In diesem Fall weist die ringförmige Anode 125 einen Verteiler 127 auf, der mit inneren Schikanen 271 versehen ist, und der eine flache untere Platte 271 aufweist, die mit den Wandungen des Hauptkanals 124 zwei ringförmige Blenden 273 abgrenzt. Eine hintere Platte 274 ist an die Wandungen 122 des Hauptkanals 124 angepasst, um Gasentweichungen nach stromauf zu begrenzen. Die zylindrischen Wandungen, die mit Löchern 120 versehen sind, gestatten die Injektion ionisierbaren Gases in den Hauptkanal 124.

Claims

Plasmaantrieb mit geschlossener Elektronendrift, der auf hohe Wärmebelastungen abgestimmt ist, aufweisend einen ringförmigen Ionisations- und Beschleunigungshauptkanal (124), der durch Teile (122) aus isolierendem Werkstoff abgegrenzt und an seinem stromabseitigen Ende (125a) geöffnet ist, zumindest eine hohle Kathode (140), die außerhalb des ringförmigen Hauptkanals (124) seitwärts dessen stromabseitigen Bereiches angeordnet ist, eine ringförmige Anode (125), die konzentrisch in dem ringförmigen Hauptkanal (124) und in einem Abstand von dem offenen stromabseitigen Ende (125a) angeordnet ist, eine Röhrenleitung (126) und einen Verteiler (127) zum Speisen der ringförmigen Anode (125) mit ionisierbarem Gas, und einen Magnetkreis zur Schaffung eines Magnetfeldes in dem ringförmigen Hauptkanal (124), dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkreis aufweist: – ein erstes äußeres, im wesentlichen radiales Polstück (134), – ein zweites äußeres konisches Polstück (311), – ein erstes inneres, im wesentlichen radiales Polstück (135), – ein zweites inneres konisches Polstück (351), – eine Vielzahl äußerer Magnetkerne (137), umgeben von äußeren Wicklungen (131) zur Verbindung des ersten und des zweiten äußeren Polstücks (134, 311) untereinander, – einen axialen Magnetkern (138), umgeben von einer ersten inneren Wicklung (133) und verbunden mit dem ersten inneren Polstück (135), und – eine zweite innere Wicklung (132), angeordnet stromaufseitig von den äußeren Wicklungen (131).
Plasmaantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Vielzahl erster radialer Arme (352), die den axialen Magnetkern (138) mit dem stromaufseitigen Bereich des zweiten inneren konischen Polstücks (351) verbinden, und eine Vielzahl zweiter radialer Arme (136), die die ersten radialen Arme (352) verlängern und an die Vielzahl äußerer Magnetkerne sowie an den stromaufseitigen Bereich des zweiten äußeren konischen Polstücks (311) angeschlossen sind, aufweist.
Plasmaantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahl der ersten radialen Arme (352) und die der zweiten radialen Arme (136) gleich derjenigen der äußeren Magnetkerne (137) ist.
Plasmaantrieb nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein dünner Spalt zwischen den ersten radialen Armen (352) und den zweiten radialen Armen (136) vorgesehen ist.
Plasmaantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Hauptkanal (124) in einer Achsenebene einen Schnitt aufweist, der in seinem stromaufseitigen Bereich kegelstumpfartiger und in seinem stromabseitigen Bereich zylindrischer Gestalt ist, und dass die ringförmige Anode (125) in einer Achsenebene einen Schnitt aufweist, der in Gestalt eines Kegelstumpfes profiliert ist.
Plasmaantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Strukturplatte (175) bestehend aus einem Werkstoff, der ein guter Wärmeleiter ist, aufweist, die einen mechanischen Träger des Antriebs darstellt, die verschieden ist von dem axialen Magnetkern (138), dem ersten und dem zweiten äußeren Polstück (134, 311) und dem ersten und dem zweiten inneren Polstück (135, 351), und die die Kühlung der ersten inneren Wicklung (133), der zweiten inneren Wicklung (132) und der äußeren Wicklungen (131) mittels Wärmeleitung gewährleistet.
Plasmaantrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturplatte (175) an ihren Seitenflächen mit einer abstrahlenden Beschichtung bedeckt ist.
Plasmaantrieb nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Teile (122), die den ringförmigen Hauptkanal (124) abgrenzen, einen Ringkanalblock definieren, mit der Platte (175) mittels eines einzigen Tragteils (162) verbunden sind, der mit Wärmedehnungsschlitzen (164) versehen ist, und mit dem einzigen Tragteil mittels Schraubverbindung zu einem Stück verbunden sind.
Plasmaantrieb nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Hauptkanal (124) ein stromabseitiges Ende aufweist, das durch zwei ringförmige Teile (122a, 122b) abgegrenzt ist, die aus isolierender Keramik bestehen, von denen jedes mit der Platte (175) mittels eines individuellen Tragteils (162a, 162b) verbunden ist, und dass der stromaufseitige Bereich des ringförmigen Hauptkanals (124) durch die Wandungen der Anode (125) verkörperlicht ist, die durch den leeren Raum von den Tragteilen (162) elektrisch isoliert ist.
Plasmaantrieb nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen der axiale Länge der Teile (122) aus isolierender Keramik und der Breite des Kanals (124) zwischen 0,25 und 0,5 beträgt, und dass der Abstand zwischen den Wandungen der Anode (125) und den Tragteilen (162) der Teile (122) aus isolierender Keramik zwischen 0,8 mm und 5 mm beträgt.
Plasmaantrieb nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Anode (125) in Bezug auf die Platte (175) mit Hilfe eines massiven Säulchens (114, 151) und flexibler Plättchen (115) befestigt ist.
Plasmaantrieb nach Anspruch 2 und einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der Platte (175) Ausfräsungen (751) vorgesehen sind zum Aufnehmen der zweiten radialen Arme (136), der mit einem Isolator (300) versehenen Röhrenleitung (126) zur Speisung mit ionisierbarem Gas, einer Leitung (145) zur Polung der Anode (125) und Drähten zur Speisung der äußeren Wicklungen (131) und der ersten und der zweiten inneren Wicklung (133, 132).
Plasmaantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass er Folien aus hochisolierendem Werkstoff (130), die stromaufseitig von dem des ringförmigen Hauptkanal (124) angeordnet sind, und Folien aus hochisolierendem Werkstoff (301), die zwischen dem ringförmigen Hauptkanal (124) und der ersten inneren Wicklung (133) angeordnet sind, aufweist.
Plasmaantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Konusspitze des stromaufseitigen zweiten inneren konischen Polstücks (351) nach stromab gerichtet ist.
Plasmaantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Konusspitze des stromaufseitigen zweiten inneren konischen Polstücks (351) nach stromauf gerichtet ist.
Plasmaantrieb nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es ein gemeinsames Tragteil (332) aufweist zum Tragen der ersten inneren Wicklung (133), des zweiten konischen inneren Polstück (351) und der zweiten inneren Wicklung (132), die mittels Löten oder Diffusionsschweißen auf dem gemeinsamen Tragteil (332) befestigt sind, und dass das gemeinsame Tragteil (332) mittels Schrauben auf der Platte (175) montiert ist, wobei eine thermisch leitende Folie dazwischen angeordnet ist.
Plasmaantrieb nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die erste innere Wicklung (133) mittels eines Wärmerohres (433) gekühlt wird, das mit dem inneren Bereich des gemeinsamen Tragteils (332) verbunden und in einer Aussparung (381) des Magnetkernes (38) angeordnet ist.
Plasmaantrieb nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die erste innere Wicklung (133) mittels einer Vielzahl von Wärmerohren (433a, 433b) gekühlt wird, die mit dem stromaufseitigen Bereich des gemeinsamen Tragteils (332) verbunden sind und die durch Öffnungen hindurch gehen, die in dem zweiten inneren Polstück (351) vorgesehen sind.
Plasmaantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite äußere konische Polstück (311) durchbrochen ist.
Plasmaantrieb nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite äußere Polstück (134, 311) mittels eines nichtmagnetischen durchbrochenen strukturellen Verbindungsteiles (341) mechanisch verbunden sind.
Plasmaantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Magnetkerne (137) der äußeren Wicklungen (131) in Bezug auf die Achse des Antriebs so in einem Winkel b geneigt sind, dass die Achse dieser äußeren Magnetkerne (137) etwa rechtwinklig zu der Winkelhalbierenden des Winkels ist, der aus den Mantellinien der Kegel des ersten und des zweiten äußeren Polstücks (34, 311) gebildet ist.
Plasmaantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Anode (125) einen mit inneren Schikanen (271) versehenen Verteiler (127), der eine stromabseitige flache Platte (272) aufweist, die mit den Wandungen des Hauptkanals (124) zwei ringförmige Blenden (273) abgrenzt, eine hintere Platte (274), die an die Wandungen des Hauptkanals (124) angepasst ist zum Begrenzen von Gasentweichungen nach stromauf, und zylindrische Wandungen, die mit Löchern (120) zur Injektion ionisierbarer Gase in den Hauptkanal (124) versehen sind, aufweist.
Plasmaantrieb nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (175) aus einer Leichtmetalllegierung gebildet ist, die auf ihrer Seitenfläche anodisch oxidiert ist.
Plasmaantrieb nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (175) aus einem Carbon-Carbon-Verbundwerkstoff gebildet ist, der auf seiner stromabseitigen Fläche mit einer Kupferschicht beschichtet ist.
Plasmaantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Wicklungen (131) sowie die erste und die zweite innere Wicklung (133, 132) aus einem mit mineralischem Isolationsmaterial umgebenen Draht gebildet sind, und dass die Drähte der unterschiedlichen Windungen der Wicklungen (131, 133, 132) mittels eines Lötmetalls mit hoher thermischer Leitfähigkeit zu einem Stück vereinigt sind.
Plasmaantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Wicklungen (131) sowie die erste und die zweite innere Wicklung (133, 132) in Reihe geschaltet sind und elektrisch mit der Kathode (140) und einem negativen Pol der elektrischen Versorgung der Anoden-Kathoden-Entladung verbunden sind.
Plasmaantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite äußere konische Polstück (311) einen Konushalbwinkel aufweist, der zwischen 25° und 60° beträgt.
Plasmaantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite innere konische Polstück (351) mit der Achse des Antriebs einen Halbwinkel aufweist, der zwischen 15° und 45° beträgt.