RU1796777C - Стационарный плазменный двигатель - Google Patents

Abstract

Использование: плазменна  техника, электроракетные двигатели, примен емые в космических двигательных установках. Сущность изобретени : стационарный плазменный двигатель оснащен дополнительным катодом, подключенным в питающую цепь под потенциалом катода и размещенным в разр дной камере в зоне магнитного пол , не имеющей выпуклости магнитных силовых линий. Дополнительный катод может быть выполнен 8 виде одного или нескольких кольцевых секторов из туго

Description

плавкого термоэмиссионного материала, установленных на обращенной к зоне разр да стороне наружной или внутренней стенки разр дной камеры. Дополнительный катод может быть выполнен в форме кольца. Двигатель содержитузел подвода рабочего тела. (4), диэлектрическую разр дную камеру (3), магнитную систему с магнитопроводом (1) и внутренней и наружной магнитными катушками (2), (6), а также анод (5) и катОд-компёнеатор (7), размещённые по разные сторону магнитного зазора, и дополнительный катод (8). В пусковом режиме, непосредственно по- еле включени  разр да между катодом-компенсатором (7) и анодом (5), происходит

разогрев дополнительного катода (8) до температуры , обеспечивающей уровень термо- эмиссйи, при котором эмиссионный ток несколько превышает обратный электронный ток в разр дной камере (3). При этом зона ускорени  пускового режима с выпуклыми лини ми магнитной индукции (9) шунтируетс  дополнительным катодом (8) и смещаетс  вглубь канала к зоне ионизации, в область с малыми радиальными компонентами магнитной индукции и, соответственно, электрического пол , что в свою очередь обеспечивает высокую фокусировку ускоренных ионов и существенно снижает эрозию стенок разр дной камеры. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относитс  к плазменной технике и может найти применение в ускорител х , используемых, в частности л качестве электроракетных двигателей космических двигательных установок.

Известны стационарные плазменные двигатели (СПД),- содержащие в своем составе узлы подвода рабочего тела (РТ) и электропитани , разр дную камеру, магнитную систему, включающую магнитные катушки и коаксиальный мэгнитопровод с полюсамии межполюсным магнитнымзазором , а также систему электродов (анод и катод-компенсатор)- размещенных по разные стороны межполюсного магнитного за- зора. . ,- ; ;..;.-. . /, ; .

Другим примером может служить конструктивна  схема СПД, приведенна  в 2 и прин та  в качестве прототипа. Одной из специфических особенностей двигателей такого типа  вл етс  анизотропность электрических свойств материальной среды в зоне межполюсного зазора, а именно высока  электронна  проводимость вдоль линий магнитной индукции и низка  проводимость в направлении нормалей к поверхност м посто нной магнитной индукции. Удельное сопротивление в нормальном направлении в зоне межполюсного зазора пропорциональна величине магнитной ин- дукции. В результате конфигураци  электрического пол  в зоне разр да довольно точно повтор ет конфигурацию пол  магнитной индукции. Недостатком известных аналогов и прототипа  вл етс  наличие ра- диальных составл ющих напр женности электрического пол  в зоне выхода из разр дной камеры, что обусловлено выпуклостью магнитного пол  вследствие рассе ни  на границе магнитных полюсов.

Наличие радиальных составл ющих приводит к отклонению траекторий ускор ющихс  ионов от осевого направлени  и, как следствие, к повышенной эрозии стенок разр дной камеры и существенным т го- энергетическим потер м, св занным с радиальным расхождением струи.

Цель изобретени  - увеличение ресурса и повышение т го-энергетических характеристик за счет исключени  или уменьшени  радиальной составл ющей напр женности электрического пол  на выходе из ускор ющего канала и уменьшение на этой основе эрозии стенок канала и затрат на радиальное ускорение струи.

Указанна  цель достигаетс  оснащением известного СПД дополнительным электродом - катодом, наход щимс  под потенциалом катода-компенсатора и размещенным внутри разр дной камеры в зоне, где выпуклость магнитных силовых линий достаточно слаба или полностью отсутствует . Дополнительный электрод может быть выполнен в виде кольца или одного или нескольких кольцевых секторов, установленных на обращенной к разр ду поверхности внутренней или наружной стенки изол ционной камеры. Подключение дополнительного катода может осуществл тьс  посредством проводников из тугоплавкого материала, проход щих через тело изол тора камеры или проложенных по поверхности изол тора со стороны выхода.

На чертеже представлена схема варианта исполнени  предлагаемого двигател .

Магнитопровод.1, служащий дл  формировани  магнитного пол  в зоне разр да, выполнен из ферромагнитного сплава и содержит в своем составе два магнитных по- люса (внутренний и наружный), задний

фланец, а также центральный и несколько периферийных стержней, соедин ющих полюса с задним фланцем. Источник магнитодвижущей силы катушек состоит из центральной катушки 2 и нескольких периферийных б, установленных, соответственно , на центральном и периферийных стержн х магнитопровода. Разр дна  камера 3 с кольцевым ускорительным каналом, выполненна  из диэлектрического материала , имеет коаксиальную форму и занимает внутреннюю зону магнитной системы и зону межполюсного зазора. Узел подвода ТР 4 совмещен с анодом 5, установленным на заднем торце разр дной камеры 3. Положение катода-компенсатора 7 может выбиратьс  со значительной степенью произвола за пределами внешней границы за метного действи  магнитного пол , в частности - в центральном стержне магнитопровода (центральное расположение катода-компенсатора ). Штриховыми лини ми 9 условно показаны магнитные силовые линии в межполюсном зазоре. Дополнительный катод 8 размещен на рабочей поверхности разр дной камеры в зоне, где магнитные силовые линии не имеют выпуклости.

Двигатель работает следующим образом .

В начальном режиме, т.е. в некоторый период времени непосредственно после включени  разр д зажигаетс  и горит между катодом-компенсатором 7 и анодом 5, и конфигураци  ускор ющего электрического пол  в промежутке между фронтом ионизации и эквипотенциалью, проход щей через катод-компенсатор, повтор ет конфигурацию магнитных силовых линий 9, т.е. имеет выраженную выпуклость на выходе из канала ускорени . Така  картина наблюдаетс , пока дополнительный катод 8 находитс  в холодном состо нии. По мере разогрева дополнительного катода 8, происход щего в результате бомбардировки ионами его поверхности , эмисси  электронов с него возрастает и происходит насыщение электронами сло  разр да, определ емого лини ми магнитной индукции 9, проход щими через плоскость размещени  дополнительного катода. Происходит перестроение электрического пол  с перемещением катодного сло  в сторону дополнительного катода. При достижении определенного уровн  эмиссии, т.е. достижении стационарного режима, катодный слой устанавливаетс  на поверхности, определ емой лини ми магнитной индукции , проход щими через дополнительный катод. При этом электрическое поле сосредотачиваетс  между новым положением катодного сло  и фронтом ионизации, и разгон ионов происходит между этими двум  сло ми. Оставшуюс  зону действи  магнитного пол  стру  ускоренных ионов преодоле5 вает по инерции в услови х практического отсутстви  электрического пол . Компенсаци  положительного зар да струи осуществл етс  в основном за пределами действи  магнитного пол  аналогично тому, как это про0 исходит в прототипе. Поскольку положение дополнительного катода выбираетс  целенаправленно в зоне, не имеющей выраженной выпуклости магнитных силовых линий , напр женность электрического пол 

5 также не имеет радиальной составл ющей, что способствует уменьшению радиального раскрыти  струи и уменьшению или исключению эрозии стенок канала.

Таким образом, предложенный двига0 тель, оснащенный дополнительным катодом , будет обладать повышенным ресурсом и т го-энергетическими характеристиками. Выполнение дополнительного катода в виде нескольких кольцевых секторов позволит

5 увеличить его ресурс за счет возможности поочередного включени  одного из секторов , т.е. имеет место возможность резервировани .. .

Claims (3)

1. Стационарный плазменный двигатель , содержащий диэлектрическую разр дную , камеру с кольцевым ускорительным каналом, в котором установлен кольцевой

5 анод со стороны подачи рабочего тела, катод-компенсатор , размещенный за срезом ускорительного канала, магнитную систему с источником магнитодвижущей силы и маг- нитопроводом, образующим кольцевой

0 межполюсный зазор, сорсный ускорительному каналу и расположенный в области его выходного сечени , узлы подвода рабочего тела и электропитани , отличающийс  тем, что, с целью улучшени  т го-энергетиS ческих характеристик двигател  и снижени  эрозионного износа стенок разр дной камеры за счет уменьшени  радиального расхождени  компенсированного ионного потока путем исключени  радиальной со0 сбавл ющей напр женности электрического пол  в зоне ускорени , двигатель снабжен дополнительным катодом, - электрически соединенным с основным катодом- компенсатором и размещенным на стенке

5 разр дной камеры в зоне межполюсного зазора , в которой магнитные силовые поверхности имеют плоскую форму.

2. Двигатель по п. 1, о т л и ч а щ и и с   тем, что дополнительный катод выполнен из тугоплавкого тёрмоэмиссионного материа

ла в форме кольцевых секторов, установлен-

3. Двигатель по п. 1,отличающийс 

ных в ускорительном канале на наружнойтем, что дополнительный катод выполнен в

или внутренней стенке разр дной камеры.форме кольца.