FR2642476A1 - Propulseur thermoelectrique de rendement ameliore, a dispositif de controle de l'amorcage de l'arc et de son point d'accrochage en regime stable - Google Patents
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Abstract
Afin d'accroître le rendement du propulseur et de réduire l'érosion de son bloc 18, notamment à l'amorçage de l'arc entre la pointe 30 de la cathode 22 et la tuyère-anode 36, la cathode 22 est formée par une tige dont la position est réglable pour réduire le courant de l'arc à l'amorçage, en combinaison avec un prolongement de l'anode 36, et allonger l'arc autant que possible en régime stable pour qu'il s'accroche dans la zone supersonique à basse pression de la tuyère-anode 36. L'arc assure le surchauffage des constituants gazeux d'un monergol, tel que l'hydrazine, qui proviennent d'une chambre de décomposition catalytique 14 et se détendent dans une tuyère 36. L'invention est applicable notamment à la manoeuvre de véhicules spatiaux.
Description
ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION
L'invention décrite ici n'a pas été faite sous un Contrat d'Etat.
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne de manière générale les
petits systèmes de propulsion pour manoeuvrer des véhicules spa-
tiaux, et plus particulièrement un propulseur thermoélectrique pré-
sentant des particularités pour contr8ler l'amorçage de l'arc et la racine d'arc appelée ici point d'accrochage en régime stable, en vue de l'amélioration du rendement du propulseur et de l'obtention
de performances optimisées celui-ci.
DESCRIPTION DE L'ART ANTERIEUR
On sait qu'un propulseur thermoélectrique convertit de
l'énergie électrique en énergie thermique par le transfert de cha-
leur d'une décharge en arc à un agent moteur en écoulement, et convertit de l'énergie thermique en énergie cinétique directe par la détente de l'agent moteur chauffé à travers une tuyère. Pour un
rappel de l'historique des propulseurs thermoélectriques et la des-
cription de leur fonctionnement et des problèmes liés à ce type de propulsion, on peut se reporter aux publications suivantes: "Arcjet Thruster for Space Propulsion" par L.E. WalLner et J..Czika, Jr., NASA Tech Note D-2868, juin 1965; "The Arc Heated Thermal Jet Engine" par F.G. Penzig, AD 671501, Hollomen Air Force Base, mars 1966; et "Physics of Electric Propulsion" par R.G. Jahn, McGraw-Hill Book Company, 1968. L'attention est tirée
également sur le brevet des E.U.A n 4 548 033 au nom de G.L. Cann.
Bien que des propulseurs thermoélectriques courants à étranglement aient été construits depuis Le début des années 60,
propulseurs qui utilisent du NH3 ou H2 et ont typiquement un rende-
ment de 30 X, ces appareils posent de grosses difficultés d'amor-
çage et occasionnent de très importants taux d'érosion à l'amor-
çage. Jusqu'à présent, on a pas trouvé un moyen pour contrôler efficacement l'amorçage de l'arc et son accrochage en régime stable de manière à réduire l'érosion du bloc propulseur et à prolonger sa
durée de vie. L'arc a tendance à prendre la forme d'un rayon con-
centré orienté radialement et s'accrochant au bloc en un point de contact situé dans une zone subsonique de celui-ci, ce qui provoque dans le pire des cas la destruction complète du propulseur et dans le meilleur des cas une piqûre et une érosion sérieuses du bloc, ce qui réduit le nombre de cycles que l'on peut s'attendre à pouvoir
réaliser avec Le propulseur. De plus, les performances et le rende-
ment d ces propulseurs thermoélectriques ne sont aucunement opti-
misés. Des expérimentations récentes ont démontré que l'on peut obtenir des améliorations significatives par rapport aux niveaux de performances et de rendement annoncés au début des années 60. Des
gains supplémentaires sont possibles par des modifications adé-
quates de la conception.
Il est donc nécessaire de pratiquer une nouvelle approche de la conception des propulseurs thermoélectriques, en abordant les problèmes rencontrés jusqu'à présent quant aux performances et au rendement, de même qu'à l'amorçage de l'arc et à son accrochage, et en éliminant autant que possible leurs effets nuisibles, sans les remplacer par une autre série de problèmes de nature aussi sérieuse.
SOMMAIRE DE L'INVENTION
La présente invention procure un propulseur thermo-
électrique de rendement accru, conçu pour répondre aux besoins men-
tionnés ci-dessus. L'invention englobe plusieurs caractéristiques
différentes, inconnues dans l'art antérieur, qui atténuent considé-
rablement les problèmes rencontrés dans le passé avec les propul-
seurs thermoélectriques et contiennent des promesses pour faire
d'un propulseur thermoélectrique un système de propulsion écono-
mique et fiable pour la manoeuvre de véhicules spatiaux. Il est
avantageux d'incorporer la plupart des caractéristiques conjointe-
ment dans un même propulseur thermoélectrique pour obtenir une amé-
lioration considérable du rendement et des performances optimales, mais les avantages susceptibles d'être procurés par quelques-unes des caractéristiques peuvent aussi être exploités, dans certains cas, séparément des autres caractéristiques-dans des propulseurs différents. Une caractéristique porte sur l'emploi d'une chambre de
décomposition catalytique de l'hydrazine pour alimenter un dispo-
sitif de chauffage à arc électrique afin de produire un agent
moteur surchauffé, partieLLement ionisé, utilisable pour La propuL-
sion.
Une autre caractéristique porte sur l'emploi d'une
cathode sous forme d'une tige mobile, en combinaison avec la régu-
lation du débit massique de L'agent moteur et du courant électrique pour contrôler l'intervalle d'arc, l'accrochage de l'arc et la pointe de courant à l'amorçage. En diminuant autant que possible l'intervalle d'arc, l'intensité du courant électrique et le débit de l'agent moteur pendant l'amorçage, on réduit l'érosion et les besoins en énergie. Après l'amorçage, la cathode peut être déplacée en vue du positionnement du point d'accrochage de l'arc dans la zone supersonique d'écoulement de diffusion de la tuyère afin
d'obtenir des performances optimales et une érosion minimale.
Encore une autre caractéristique porte sur l'emploi d'un - matériau électriquement isolant pour former la pièce d'étranglement du bloc propulseur-dans la zone dont la partie prédominante est subsonique. La pièce d'étranglement isolante définit un chemin purement axial pour le champ et le courant électriques entre la cathode et la tuyère formant l'anode, située en aval de la pièce d'étranglement. La migration radiale des éLectrons est ainsi réduite au minimum et le noyau de l'arc est confiné dans une très petite aire de section droite, de résistance maximale. La "perte" de courant due à la diffusion d'électrons dans la paroi de la pièce
d'étranglement est également supprimée.
Une autre caractéristique de l'invention concerne l'uti-
lisation d'une barrette d'amorçage, en matériau électriquement con-
ducteur, en combinaison avec la pièce d'étranglement en matériau électriquement isolant, afin de réduire au minimum les courants
d'amorçage et par suite également la tension d'éclatement à l'amor-
çage, de façon à permettre ainsi l'application d'une technique dite d'amorçage en douceur afin de réduire autant que possible l'érosion
et de prolonger la durée de vie du propulseur.
Une autre caractéristique prévoit l'utilisation d'une électrode à potentiel réglable ou électrode "flottante", Laquelle peut avoir, au choix, un potentiel positif ou un potentiel négatif
et qui est située dans La région de la pièce d'étranglement du pro-
pulseur pour contrôler le champ électrique radial et, partant, le diamètre du noyau de l'arc en vue de l'obtention de performances
optimales et d'un meilleur rendement.
Enfin, encore une autre caractéristique de l'invention prévoit l'emploi de pièces d'étranglement dont la transition entre
la zone subsonique et la zone supersonique possède une configura-
tion non parallèle, ceci afin d'obtenir une position optimale du
point d'accrochage de l'arc et d'accroître de cette manière le ren-
dement et la stabilité de l'arc. Les pièces d'étranglement con-
formées pour créer des zones supersoniques à basse pression, dans lesquelles s'accroche l'arc, assurent que l'accrochage de l'arc est diffus, ce qui réduit l'érosion. Dans les zones de haute pression, l'accrochage de l'arc s'effectue sur une région plus limitée, avec le résultat que le transfert d'énergie est plus concentré et plus érosif. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention
ressortiront plus clairement de la description qui va suivre
d'exemples de réalisation non limitatifs, ainsi que des dessins annexés.
COURTE DESCRIPTION DES DESSINS
Sur les dessins: - la figure I est une représentation schématique, en perspective, d'un propulseur thermoélectrique à rendement amélioré, présentant les caractéristiques de la présente invention;
- la figure 2 est un schéma synoptique du circuit de com-
mande de ce propulseur;
- la figure 3 est une coupe axiale schématique d'un pre-
mier mode de réalisation de la pièce d'étranglement et de la tuyère d'un propulseur selon l'invention, dont la transition entre la zone subsonique et la zone supersonique possède une configuration non parallèle; et - la figure 4 est une coupe axiale schématique d'un second mode de réalisation de La pièce d'étranglement et de la tuyère, ayant également une transition de configuration non
parallèle entre La zone subsonique et la zone supersonique, repré-
sentant une variante de la configuration ilLustrée par la figure 3.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
Dans la description suivante, des références identiques
ou analogues désignent des parties identiques ou correspondantes
sur les différentes figures des dessins.
DESCRIPTION GENERALE
La figure I montre schématiquement un propulseur thermo-
éLectrique à rendement amélioré, désigné globalement par la réfé-
rence 10, ayant les caractéristiques de la présente invention. Le propulseur 10 comporte un conduit d'alimentation 12 communiquant
avec une chambre de décomposition catalytique 14 à travers une sou-
pape d'étranglement 16. Lorsqu'une impulsion de pbussée propulsive est demandée, un monergol liquide, tel que L'hydrazine (N2H4), est envoyé à travers le conduit 12 et introduit, après avoir passé la soupape 16, dans la chambre de décomposition 14. A L'intérieur de celle-ci, un catalyseur adéquat, tel que le produit connu sous La désignation Shell 405, est utilisé de façon conventionnelle pour décomposer l'hydrazine liquide en un mélange gazeux de N2, H2 et NH3. En raison de la réaction exothermique, ce méLange gazeux est à
une haute température, par exemple à environ 815 C.
Le propulseur thermoélectrique 10 comporte également un bloc 18 présentant dans sa partie arrière un perçage central 20, à travers duquel s'étend une cathode 22 constituée par une tige
cylindrique de forme allongée, en matériau conducteur électrique.
La cathode 22 est accouplée par son extrémité arrière 24 à un moteur de positionnement 26 par un mécanisme de transmission 28 qui transforme un mouvement rotatif en un déplacement axial de la cathode vers l'avant ou l'arrière. A son extrémité avant, la cathode 22 possède une pointe conique 30 qui fait saillie dans l'extrémité côté amont d'une chambre d'arc 32 définie à la partie
avant du bloc 18 par une pièce d'étranglement 34 et une tuyère for-
mant anode 36.
Le bloc 18 contient également un échangeur de chaleur 38 formé à l'intérieur de lui et entourant la partie avant de la cathode 22; une canalisation 40 relie la chambre de décomposition
14 à la chambre d'arc 32 et passe à travers l'échangeur de cha-
leur 38. Le mélange gazeux, préchauffé, est envoyé depuis la chambre de décomposition 14 et à travers la canalisation 40 à la chambre d'arc 32. Dans cette chambre, définie par l'étranglement 34
et la tuyère-anode 36, est formé un arc électrique qui est stabi-
lisé par l'équilibre de force entre la pression dynamique du gaz et la pression du plasma dans l'étranglement 34. L'arc électrique est
issu de la pointe 30 de la cathode 22 et passe à travers l'étran-
glement 34 à la tuyère-anode 36. Le transfert d'énergie s'effec-
tuant dans la chambre d'arc 32, de l'arc au gaz, est considérable et des températures moyennes atteignant en gros 4 000 à 5 000 C ont
été atteintes dans cette chambre.
Le bloc 18 du propulseur utilise une électrode 42 à potentiel variable ou électrode "flottante" pour contrôler le champ électrique radial et optimiser la distribution des porteurs de
charge dans une partie de l'étranglement 34. Un matériau électri-
quement isolant 44, voir la figure 3, est utilisé pour cette pièce d'étranglement 34 pour éliminer le champ électrique radial dans cette pièce et confiner ainsi les porteurs de charge au flux gazeux
traversant l'étranglement.
Pour l'amorçage de l'arc, la position de la cathode 22 par rapport à la tuyère-anode 36 peut être changée par le moteur de positionnement 26 et la transmission 28. La cathode 22 est étanchée à son extrémité arrière 24 par un soufflet métallique 46 qui est combiné à la transmission 28. L'appareil comprend un circuit de commande 48 alimenté par une source de courant 48A. Ce circuit, représenté plus en détail sur la figure 2, contrôle et commande le
fonctionnement du propulseur par l'intermédiaire d'organes de com-
mande 48B-48G. Plus précisément, le circuit de commande 48 détecte le courant électrique passant par les lignes 50 connectées à la cathode 22 pour générer l'arc et faire reculer la cathode pendant 7 - l'amorçage. A cet effet, au cours de La procédure d'amorçage, le circuit de commande 48 envoie des ordres par la Ligne 49 au moteur 26 de positionnement de La cathode. Pendant Le retrait de la cathode, le circuit de commande 48 fait passer, par la ligne 51, l'intensité du courant électrique à un niveau de fonctionnement et
agit en même temps, par la ligne 52, sur la soupape 16 pour aug-
menter le débit massique de monergol liquide à son niveau de fonc-
tionnement, avec te résultat que l'arc est amené à un régime
stable, o il est contrôlé par le circuit 48 à travers la Ligne 53.
La construction et le-mode de fonctionnement du propul-
seur 10 ayant ainsi été décrits de façon générale, La plupart des caractéristiques de la présente invention, qui ont seulement été mentionnées brièvement, seront maintenant traitées plus en détail
dans ce qui va suivre.
POUVOIR D'AMORCAGE EN DOUCEUR ET BARRETTE D'AMORCAGE
Comme décrit précédemment, la cathode mobite 22, de même que le moteur 26 et la transmission 28 pour son positionnement par une téLécommande, servent à la fois à permettre un amorçage non érosif et à contrôler l'accrochage de l'arc en régime stable. Ainsi
que le montre la pratique et comme rappelé au début, la pointe ini-
tiale de courant à l'amorçage de l'arc provoque une érosion sérieuse et Limitatrice de la durée de vie à la fois de la cathode et du bloc 18 du propulseur. Par contre, la cathode positionnable 22 selon l'invention, en combinaison avec La régulation du débit massique du métange gazeux préchauffé, permet d'utiliser une méthode d'amorçage à faible érosion, c'est-à-dire un amorçage en douceur. Selon cette méthode, on approche d'abord la cathode 22
jusqu'à proximité de la pièce d'étranglement 34, laquelle fait éga-
lement partie de l'anode en l'absence du matériau isolant 44. Donc, à l'amorçage, un petit intervalle seulement existe au départ entre la cathode 22 et la pièce d'étranglement 34, intervalle qui est compris par exemple entre O et 2,5 mm. Un arc à faible tension et à faible intensité de courant est ainsi produit. Ce faible niveau de puissance assure le chauffage de la cathode 22 et de la pièce d'étranglement 34 sans les effets nuisibles du choc thermique
accompagnant un amorçage d'arc avec une cathode fixe et une puis-
sance plus élevée. Après que l'arc s'est développé, la cathode 22
est déplacée en arrière par la manoeuvre du moteur de positionne-
OS ment 26 et de la transmission 28. Le courant de l'arc et le débit massique du mélange gazeux sont en même temps accrus à des niveaux
de fonctionnement stable.
Si le matériau électriquement isolant 44 est utilisé dans la pièce d'étranglement 34, à des fins décrites ci-après, il est aisé de comprendre que le trajet jusqu'à la tuyère-anode 36 est allongé et que l'amorçage de l'arc est rendu plus difficile en ce sens que davantage de puissance est nécessaire pour produire un arc, ce qui s'accompagne d'effets d'érosion accrus sur la cathode 22 et le bloc 18. Afin de vaincre cette difficultée, on a prévu, comme représenté sur la figure 3, une barrette ou prolongement d'amorçage 54 qui s'étend en direction amont depuis la tuyère-anode 36, à travers l'étranglement isolant 34, et est présenté à la chambre d'arc 32, à l'intérieur de celle-ci pour servir d'anode pendant la procédure d'amorçage. La barrette 54 est disposée dans une découpe pratiquée dans la périphérie intérieure du matériau isolant 44. Bien que la figure 3 ne montre qu'une seule barrette 54 d'une certaine forme, il est évident qu'elle pourrait également avoir d'autres formes. Donc, à l'amorçage, la pointe 30 de la cathode 22 est située à proximité de l'extrémité côté amont de la
barrette d'amorçage 54, faisant partie de la tuyère-anode 36.
L'utilisation de la barrette 54, alors que le matériau isolant 44 est présent, diminuera la tension disruptive nécessaire et, par conséquent, la pointe de courant à l'amorçage. Une fois que des
conditions stables ont été atteintes, l'arc est simplement trans-
féré en aval, au-delà de la barrette d'amorçage 54, jusqu'à la partie évasée de la tuyère-anode 36, de sorte que la barrette ne
sert plus à ce moment.
La cathode mobile 22 est employée aussi pour contrôler le
point d'accrochage de l'arc en régime stable. Pour un courant élec-
trique, un débit de fluide et une géométrie de tuyère donnés, la
Longueur de l'arc est déterminée par l'équilibre entre les rela-
tions thermiques et les relations dynamic-es du gaz pour un arc généré entre la cathode 22 et la tuyère-anode 36. En positionnant la cathode 22 exactement, le point d'accrochage de l'arc peut être
déplacé en aval, le long de la paroi évasée de la tuyère-anode 36.
On obtient des performances optimales et une érosion minimale Lors-
qu'on fait en sorte que l'accrochage de l'arc se produit dans la
zone diffuse de la tuyère-anode 36 évasée, en aval de L'étrangle-
ment 34.
EMPLOI DE MATERIAU ELECTRIQUEMENT ISOLANT DANS L'ETRANGLEMENT
Dans l'exemple représenté par la figure 3, les deux tiers, côté amont, de la pièce d'étranglement 34, faisant partie du bloc 18 du propulseur, sont composés d'un matériau électriquement isolant 44, tel que nitrure de bore, alumine, oxyde de béryllium ou analogue. Le principal transfert de chaleur dans un jet à arc
résulte du chauffage ohmique dans le noyau de l'arc (partie cen-
trale de l'arc) et de la convection consécutive de cette énergie au gaz environnant. Le chauffage ohmique est directement proportionnel au niveau de l'intensité du courant électrique et ce niveau est lui-même directement proportionnel au nombre d'électrons émis par
la cathode 22.
Pour porter à un maximum l'effet du transfert de chaleur ohmique, les électrons doivent être maintenus dans le noyau de l'arc ou dans le gaz surchauffé qui l'entoure, afin d'obtenir la distance ou longueur d'arc maximale. Jusqu'à présent, la paroi de
la pièce d'étranglement a toujours été formée par un métal conduc-
teur électrique et reliée à la terre. Il existait par conséquent un trajet conducteur du noyau de l'arc à travers le gaz jusqu'à la paroi. Une analyse réalisée à cet égard fait entrevoir qu'une partie considérable du courant pourrait être perdue par suite de "diffusion d'électrons" à la paroi, ce qui se traduit par une perte correspondante de rendement. Au cours d'un essai avec utilisation du matériau isolant 44 dans l'étranglement 34 du propulseur, on a mesuré un rendement de 47 X à I 460 N.s/kg de masse (630 lbf-s/lbm) par impulsion spécifique avec du NH3. Ces chiffres reflètent une amélioration des performances de 30 à 50 X comparativement à celles obtenues avec les propulseurs thermoélectriques de L'art antérieur
dans cette plage de puissance.
Donc, l'utilisation du matériau isolant 44 dans l'étran-
glement 34 oblige le courant à suivre un trajet plus long avant d'atteindre la tuyère-anode 36. Ceci retient les électrons pendant plus longtemps dans le noyau de l'arc et dans le mélange gazeux qui l'entoure, ce qui favorise le chauffage ohmique du mélange gazeux
en écoulement.
ELECTRODE D'ETRANGLEMENT FLOTTANTE OU CONTROLEE
Afin d'élargir ou d'étrangler au contraire plus encore la colonne d'arc traversant la pièce d'étranglement 34, on a prévu une électrode secondaire à effet de champ, appelée électrode flottante 42. Il est à noter que le matériau isolant 44, décrit précédemment pour la pièce d'étranglement, peut être utilisé avec ou sans une telle électrode flottante. L'électrode 42 peut avoir différentes
formes. Par exemple, elle peut être réalisée en anneau ou en tore.
Si le matériau isolant 44 est présent, l'électrode 42 traversera ce
matériau radialement, comme on peut le voir sur la figure 3.
Il est à noter que l'électrode flottante 42 ne sert pas de point d'accrochage de l'arc. Elle est maintenue à un potentiel secondaire, positif ou négatif, par rapport à la cathode 22, au moyen d'un organe de réglage de la puissance 56, visible également sur la figure 3. En régime stable, cet organe de réglage 56 applique des potentiels fixes, l'un négatif et l'autre positif, à la cathode 22 et à la tuyère-anode 36, tandis que le potentiel de l'électrode 42 peut être varié pour être positif ou négatif par
rapport à la cathode. En ajustant le potentiel de l'électrode flot-
tante 42, on peut réaliser un réglage fin de l'élargissement de
l'arc.
Pour résumer, l'électrode flottante 42 a donc pour but de
conformer l'arc à son passage à travers la pièce d'étranglement 34.
Il est souhaitable d'avoir un arc aussi droit ou plat que possible, à son passage à travers la chambre d'arc 32 dans l'étranglement 34,
de sorte qu'il aura un trajet plus long jusqu'à la tuyère-anode 36.
L'arc est ainsi empêché de contacter simplement le point le plus
proche de La tuyère-anode 36 quand il atteint La partie d'étrangle-
ment 34 située en aval. Par conséquent, Le potentiel appliqué à L'électrode 42 est varié en fonction de la forme de l'arc et du
peaufinage que l'on désire éventuellement lui appliquer. Comme men-
tionné précédemment, l'électrode flottante 42 est facultative et elle peut être emptoyee avec ou sans le matériau isolant 44 dans la
pièce d'étranglement 34 du propulseur 10.
ETRANGLEMENTS AYANT DES TRANSITIONS NON PARALLES ENTRE LA ZONE SUB-
SONIQUE ET LA ZONE SUPERSONIQUE
Le but de l'électrode flottante 42 et du matériau isolant 44 pour l'étranglement, ensemble avec la forme non parallèle de l'étranglement 34, est d'obliger l'arc à suivre un trajet plus
long, de manière qu'il atteigne la zone supersonique de la tuyère-
anode 36, o il établira un accrochage diffus sur L'anode. Le mode d'accrochage de l'arc dans un propulseur thermoélectrique détermine
directement le taux d'érosion pendant l'amorçage et Le fonctionne-
ment transitoire. L'érosion est plus importante dans un accrochage
subsonique à haute pression qu'en présence d'un accrochage super-
sonique à faible pression. Un arc à haute pression possède une forme colonnaire plus prononcée - donc avec concentration d'énergie dans un petit espace -, tandis qu'un arc à basse pression est plus
diffus, avec répartition de l'énergie dans un espace plus grand.
L'établissement et le maintien d'un accrochage d'arc supersonique; à basse pression, sont importants pour l'obtention de durées de vie de centaines d'heures du propulseur, avec de nombreux cycles d'amorçage. Deux configurations différentes, utilisables en variante, ont été mises au point pour l'étranglement du propulseur afin de réduire l'érosion à l'amorçage et d'assurer que la racine ou le point d'accrochage de l'arc soit situé dans La zone supersonique à basse pression et soit diffus. La figure 3 représente une pièce
d'étranglement 34 dont le point de transistion subsonique à super-
sonique possède une configuration essentiellement paraLlèle, ne présentant pas d'arêtes vives et ayant une gorge ou point sonique 58 situé à peu près à mi-chemin de la longueur de la colonne d'arc, de même qu'un contour continu lisse depuis La région d'entrée 60 jusqu'à la tuyère-anode 36. La moitié environ de l'arc se trouve dans une zone subsonique à gauche du point sonique 58 sur La figure 3, l'autre moitié se trouvant dans la zone supersonique à droite de
ce point.
La pièce d'étranglement 62 de la variante représentée par la figure 4 possède une configuration supersonique essentiellement non parallèle. Elle force l'arc à traverser son point sonique 64 presque immédiatement en aval de la racine d'origine de l'arc sur la cathode 22. Plus de 90 Z de la longueur de l'arc se trouvent dans la zone supersonique à basse pression. Il n'y a pas d'angles vifs et la région de l'accrochage diffus de l'arc est contrôlée par le choix adéquat de l'angle d'évasement conique de la pièce
d'étranglement sonique, avant que l'arc n'atteigne la tuyère 66.
L'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation
décrites et l'homme de l'art pourra y apporter diverses modifica-
tions, sans pour autant sortir de son cadre.
13 -
Claims (6)
1. Propulseur thermoélectrique, caractérisé en ce qu'il comprend: (a) des moyens formant un étranglement (34) et une tuyère (36) disposés en tandem et définissant ensemble une chambre d'arc (32), au moins la tuyère (36) étant électriquement conductrice et définissant une anode, l'étranglement (34) comportant une partie de
forme générale annulaire réalisée en matériau électriquement iso-
lant (44), qui est disposée dans la zone subsonique entre la pointe (30) d'une cathode (22) et la tuyère-anode (36);
(b) une pièce de forme allongée avec une pointe (30) dis-
posée à une faible distance en amont de l'étranglement (34), pièce qui est électriquement conductrice et définit une cathode (22) espacée de l'anode (36) par un intervalle situé de manière générale dans l'étendue de la chambre d'arc (32);
(c) des moyens (48, 50) pour appliquer un potentiel élec-
trique à l'anode (36) et à la cathode (22) afin de produire un arc électrique dans la chambre d'arc (32) depuis la cathode (22) à l'anode (36); et (d) des moyens (14, 40) pour alimenter la chambre d'arc
(32) via l'étranglement (34) en gaz préchauffés formant les consti-
tuants d'un monergol décomposé catalytiquement, en même temps qu'est produit l'arc, de manière à provoquer le chauffage thermique de ces gaz dans la chambre d'arc (32) et leur détente à travers la
tuyère (36).
2. Propulseur selon la revendication 1, dans lequel
l'étranglement (34) comporte: -
un moyen (54) définissant un prolongement électriquement 3. conducteur de la tuyère-anode (36), qui est disposé en position fixe le long du matériau isolant (44) de l'étranglement (34), est exposé à la chambre d'arc (32) et s'étend axialement entre la pointe (30) de la cathode (22) et la tuyère-anode (36), de manière
à définir avec cette pointe de cathode (30) un intervalle auxi-
liaire qui est nettement plus petit que l'intervalle défini entre
la cathode (22) et la tuyère-anode (36), afin de faciLiter l'amor-
çage de l'arc produit depuis La cathode (22) à L'anode (36).
3. Propulseur thermoélectrique, caractérisé en ce qu'iL comprend: (a) des moyens formant un étranglement (34) et une tuyère (36) disposés en tandem et définissant ensemble une chambre d'arc (32), au moins la tuyère (36) étant électriquement conductrice et définissant une anode;
(b) une pièce de forme allongée avec une pointe (30) dis-
posée à faible distance en amont de l'étranglement (34), pièce qui est électriquement conductrice et définit une cathode (22) espacée de l'anode (36) par un intervalle situé de manière générale dans l'étendue de la chambre d'arc (32);
(c) des moyens (48, 50) pour appliquer un potentiel éLec-
trique à l'anode (36) et à la cathode (22) afin de produire un arc électrique dans la chambre d'arc (32) depuis la cathode (22) à l'anode (36); et (d) des moyens (14, 40) pour alimenter la chambre d'arc
(32) via l'étranglement (34) en gaz préchauffés formant les consti-
tuants d'un monergol décomposé catalytiquement, en même temps qu'est produit l'arc, de manière à provoquer le chauffage thermique de ces gaz dans la chambre d'arc (32) et leur détente à travers la tuyère (36); et
(e) une électrode (42) électriquement conductrice dis-
posée dans l'étranglement (34), ainsi qu'un moyen (56) pour varier
le potentiel électrique de cette électrode (42) en vue du change-
ment de la forme de l'arc produit dans la chambre d'arc (32).
4. Propulseur thermoélectrique, caractérisé en ce qu'iL comprend: (a) des moyens formant un étranglement (34) et une tuyère (36) disposés en tandem et définissant ensemble une chambre d'arc (32), au moins la tuyère (36) étant électriquement conductrice et définissant une anode;
(b) une pièce de forme allongée avec une pointe (30) dis-
posée à faible distance en amont de l'étranglement (34), pièce qui est électriquement conductrice et définit une cathode (22) espacée de l'anode (36) par un intervalle situé de manière générale dans l'étendue de la chambre d'arc (32);
(c) des moyens (48, 50) pour appliquer un potentiel élec-
trique à l'anode (36) et à la cathode (22) afin de produire un arc électrique dans la chambre d'arc (32) depuis la cathode (22) à l'anode (36); et (d) des moyens (14, 40) pour alimenter la chambre d'arc
(32) via l'étranglement (34) en gaz préchauffés formant les consti-
tuants d'un monergol décomposé catalytiquement, en même temps qu'est produit l'arc, de manière à provoquer le chauffage thermique de ces gaz dans la chambre d'arc (32) et leur détente à travers la tuyère (36); (e) l'étranglement (34) comportant (i) une partie de forme générale annulaire, réalisée d'un matériau électriquement isolant (44) et disposée entre la pointe (30) de la cathode (22) et la tuyère-anode (36); et
(ii) un moyen (54) définissant un prolongement élec-
triquement conducteur de la tuyère-anode (36), qui est disposé en position fixe le long du matériau isolant (44) de l'étranglement (34), est exposé à la chambre d'arc (32) et s'étend axialement entre la pointe (30) de la cathode (22) et la tuyère-anode (36), de manière à définir avec cette pointe de cathode (30) un intervalle auxiliaire qui est nettement plus petit que l'intervalle défini entre la cathode (22) et la tuyère-anode (36), afin de faciliter
l'amorçage de l'arc produit depuis la cathode (22) à l'anode (36).
5. Propulseur thermoélectrique, caractérisé en ce qu'il comprend: (a) des moyens formant un étranglement (34) et une tuyère (36) disposés en tandem et définissant ensemble une chambre d'arc (32), au moins la tuyère (36) étant électriquement conductrice et définissant une anode;
(b) une pièce de forme allongée avec une pointe (30) dis-
posée à faible distance en amont de l'étranglement (34), pièce qui est électriquement conductrice et définit une cathode (22) espacée de l'anode (36) par un intervalle situé de manière générale dans l'étendue de la chambre d'arc (32);
(c) des moyens (48, 50) pour appliquer un potentiel élec-
trique à l'anode (36) et à la cathode (22) afin de produire un arc électrique dans la chambre d'arc (32) depuis la cathode (22) à l'anode (36); et (d) des moyens (14, 40) pour alimenter la chambre d'arc
(32) via l'étranglement (34) en gaz préchauffés formant les consti-
tuants d'un monergol décomposé catalytiquement, en même temps qu'est produit l'arc, de manière à provoquer le chauffage thermique de ces gaz dans la chambre d'arc (32) et leur détente à travers la tuyère (36); (e) l'étranglement (34) comportant Mi) une partie de forme générale annulaire, réalisée d'un matériau électriquement isolant (44) et disposée entre la pointe (30) de la cathode (22) et la tuyère-anode (36);
(ii) un moyen (54) définissant un prolongement éLec-
triquement conducteur de la tuyère-anode (36), qui est disposé en position fixe le long du matériau isolant (44) de l'étranglement (34), est exposé à la chambre d'arc (32) et s'étend axialement entre la pointe (30) de la cathode (22) et la tuyère-anode (36), de manière à définir avec cette pointe de cathode (30) un intervalle auxiliaire qui est nettement plus petit que l'intervalle défini entre la cathode (22) et la tuyère-anode (36), afin de faciliter l'amorçage de l'arc produit depuis la cathode (22) à l'anode (36); et
(iii) des moyens définissant une électrode (42) éLec-
triquement conductrice disposée dans l'étranglement (34), ainsi
qu'un moyen (56) pour varier le potentiel électrique de cette élec-
trode (42) en vue du changement de la forme de l'arc produit dans
la chambre d'arc (32).
6. Propulseur thermoélectrique, caractérisé en ce qu'il comprend: (a) des moyens formant un étranglement (34) et une tuyère (36) disposés en tandem et définissant ensemble une chambre d'arc (32), au moins la tuyère (36) étant électriquement conductrice et définissant une anode;
(b) une pièce de forme allongée avec une pointe (30) dis-
posée à faibLe distance en amont de l'étrangLement (34), pièce qui est électriquement conductrice et définit une cathode (22) espacée de ['anode (36) par un intervalle situé de manière générale dans l'étendue de la chambre d'arc (32);
(c) des moyens (48, 50) pour appliquer un potentiel éLec-
trique à l'anode (36) et à la cathode (22) afin de produire un arc électrique dans la chambre d'arc (32) depuis la cathode (22) à l'anode (36); et (d) des moyens (14, 40) pour alimenter la chambre d'arc
(32) via l'étranglement (34) en gaz préchauffés formant les consti-
tuants d'un monergol décomposé catalytiquement, en même temps qu'est produit l'arc, de manière à provoquer le chauffage thermique de ces gaz dans la chambre d'arc (32) et leur détente à travers la tuyère (36); (e) l'étranglement (34) comportant une électrode (42) électriquement conductrice disposée en lui;. et (f) un moyen (56) pour varier le potentiel électrique de l'électrode (42) en vue du changement de la forme de l'arc produit
dans la chambre d'arc (32).
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Effective date: 20081029 |